JP5676255B2 - Thin film detector for presence detection - Google Patents
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Description
本システムは、対象物の速度、位置及び/又は数のようなさまざまなパラメータの決定、並びに無生物及び生きた対象物を含む、対象物の存在及び/又は及びリアルタイム・イメージング、動き検出のため、薄膜超音波トランスデューサ及びアレイを含む超音波トランスデューサを使用して、存在検出、動き検出及びリアルタイム・イメージングなどのためのトランスデューサに関する。 The system can be used for the determination of various parameters such as the velocity, position and / or number of objects and the presence and / or real-time imaging, motion detection of objects, including inanimate and living objects. It relates to transducers for presence detection, motion detection, real-time imaging, etc. using ultrasonic transducers, including thin film ultrasonic transducers and arrays.
トランスデューサは、動き及び存在検出のためのセンサのような広いアプリケーションを見出している。主な推進因子は、ランプ寿命を増大するだけでなく、必要に応じてライトをオン/オフしてオフィスビル及び家のエネルギを節約することである。動き/存在検出センサ市場は、急速に成長すると推定される。この成長領域で、誤った検出又はトリガーが最小限のコンパクト、低コスト及び薄型(ほとんど見えない)センサが所望される。斯様なセンサは、例えば部屋の中の人々の動きの検出及び動きの方向だけでなく、部屋の中の人々の数及び位置の検出を可能にするために、より知的であることが更に望ましい。さらにまた、無線動作を可能にするため低電力で動作するトランスデューサも妥当である。 Transducers have found wide application such as sensors for motion and presence detection. The main driver is not only to increase lamp life, but also to turn on / off lights as needed to save energy in office buildings and homes. The motion / presence sensor market is estimated to grow rapidly. In this growing area, a compact, low cost and thin (almost invisible) sensor with minimal false detection or triggering is desired. Such sensors are more intelligent, for example to allow detection of the number and position of people in a room as well as detection of the movement and direction of people in the room. desirable. Furthermore, transducers that operate at low power to enable wireless operation are also reasonable.
超音波トランスデューサは、例えば都市、ビルディング、通りなどで、例えば局地的に調光し、又はライトをオンオフするため、屋外制御のような他のアプリケーションのためのセンサとしても魅力的である。これらは、自動的に監視デバイスのスイッチを入れる、侵入者検出のためにも適用できる。 Ultrasonic transducers are also attractive as sensors for other applications, such as outdoor control, for example locally dimming or turning lights on and off in cities, buildings, streets and the like. They can also be applied for intruder detection, which automatically switches on the monitoring device.
電流動きセンサは、焦電セラミック・デバイスに基づく、セラミック超音波動き検出器及び受動的な赤外線(IR)検出器を含む。斯様な従来の赤外線デバイスは、非常に大きくて、部屋の天井に典型的に取り付けられる。クレーらによる特許文献独国DE4218789は、マイクロ機械加工された焦電検出器を開示していて、参照により完全にここに組み込まれる。IRセンサは、受け取った赤外線エネルギの変化から、移動する人又は人間の動きを検出する。これらの焦電IR検出器の不利な点は、明確で妨害されるべきでない適当な検出のための視線のニーズを含む。更に、IR検出器は、直射的な日光及び環境照明の変化により容易に妨げられ、煙及び熱に敏感であり、よって誤警報を提供してしまう。 Current motion sensors include ceramic ultrasonic motion detectors and passive infrared (IR) detectors based on pyroelectric ceramic devices. Such conventional infrared devices are very large and are typically mounted on the ceiling of a room. The patent document DE 4218789 by Klee et al. Discloses a micromachined pyroelectric detector and is hereby fully incorporated by reference. The IR sensor detects the movement of a moving person or a person from the change in the received infrared energy. The disadvantages of these pyroelectric IR detectors include the need for a line of sight for proper detection that is clear and should not be disturbed. Furthermore, IR detectors are easily disturbed by direct sunlight and changes in ambient lighting and are sensitive to smoke and heat, thus providing false alarms.
誤警報又はトリガーを最小化するために、超音波トランスデューサが受動的な赤外線検出器の隣に取り付けられて、焦電受動的な検出器と超音波検出器との組合せが使われる。斯様な複合デバイスは、典型的IR検出器よりさらに大きくなり、直径11cm及び高さ3.5cmの典型的サイズを持つ。図1は、典型的トランスデューサの放射パターン100を示す。図1に示されるように、概して、トランスデューサは、かなり狭いビーム110を伝送し、よって、大きな見えない領域120、130を持つ。
To minimize false alarms or triggers, an ultrasonic transducer is mounted next to the passive infrared detector and a combination of pyroelectric passive detector and ultrasonic detector is used. Such composite devices are even larger than typical IR detectors and have a typical size of 11 cm in diameter and 3.5 cm in height. FIG. 1 shows a typical
見えない領域を低減するか又は除去するために、トランスデューサアレイが供給され、ここで当該アレイのトランスデューサ又は各素子からの信号が、当該アレイから伝送される超音波ビームを成形しステアリングするために個別に制御される。これは、例えば、部屋又は領域を通じてスキャンすることで人々の位置を検出することを可能にする。トランスデューサアレイを使用して、ビームをフォーカスさせることも可能であり、これは解像度及びSN比を改善する。超音波アレイは、付随する電子回路を用いて、超音波画像を検出して形成することも可能にする。 To reduce or eliminate invisible areas, a transducer array is provided, where the signals from the transducers or elements of the array are individually used to shape and steer the ultrasonic beam transmitted from the array. Controlled. This makes it possible, for example, to detect the position of people by scanning through a room or area. It is also possible to focus the beam using a transducer array, which improves resolution and signal-to-noise ratio. Ultrasound arrays can also detect and form ultrasound images using accompanying electronic circuitry.
斯様な超音波センサは、乗客の有無の検出に依存して乗客エアバッグのオン/オフ動作をするための車両のエアバッグ制御も想定されている。トランスデューサの他のアプリケーションは、距離を測定することを含む。加えて、斯様なトランスデューサは、エアバッグのオン/オフ動作のため、乗客占有センサのような自動車目的のためにも興味がありえる。更に、超音波トランスデューサは、電子的にステアリングされた超音波ビームが対象物の範囲、角度範囲及び角度方向を測定するために使われる、グアルティエーリによる米国特許第6,549,487号に説明されているように、衝突防止又は保護システムでも用いられ、この特許は参照により完全にここに組み込まれる。超音波受信器は、斯様な対象物の範囲、広さ、サイズ及び方向のような情報を決定する処理のため対象物から反射される音響波を受信する。これらのシステムは、別々の単一のトランスデューサから典型的に作られる。 Such an ultrasonic sensor is also assumed to be a vehicle airbag control for turning on / off a passenger airbag depending on the detection of the presence or absence of a passenger. Other applications of the transducer include measuring distance. In addition, such transducers may also be of interest for automotive purposes, such as passenger occupancy sensors, due to airbag on / off operation. Further, an ultrasonic transducer is described in US Pat. No. 6,549,487 by Guartieri, where an electronically steered ultrasonic beam is used to measure the range, angular range and angular direction of an object. As is used in collision prevention or protection systems, this patent is hereby fully incorporated by reference. The ultrasonic receiver receives acoustic waves reflected from the object for processing to determine information such as the range, width, size and direction of the object. These systems are typically made from separate single transducers.
シリコン・ダイアフラム上の圧電超音波センサは、「相補的ピエゾ電気分極による絞りタイプの超音波センサの感度改善」(ヤマシタ)と名付けられたヤマシタカオルによる論文に記載されているように、知られていて、この論文は参照により完全にここに組み込まれる。更に、参照によりここに完全に組み込まれる「空気内の超音波センサ」という題名のバレンティンマゴリによる論文は、対象物から反射されるエコーに基づく距離の検出及び対象物認識のために、放射されるビームの電子的ステアリングを備えたフェーズアレイとして動作される圧電超音波トランスデューサを含む知的な超音波センサを説明する。 Piezoelectric ultrasonic sensors on silicon diaphragms are known, as described in a paper by Kaoru Yamashita named “Improvement of sensitivity of diaphragm type ultrasonic sensors by complementary piezoelectric polarization” (Yamashita). This paper is fully incorporated herein by reference. In addition, a paper by Valentin Magoli entitled “Ultrasonic Sensors in Air”, which is fully incorporated herein by reference, is emitted for distance detection and object recognition based on echoes reflected from the object. An intelligent ultrasonic sensor is described which includes a piezoelectric ultrasonic transducer operated as a phased array with electronic steering of the beam.
ヤマシタの論文に注記されているように、空気伝播超音波を使用する3次元画像装置は、車両制御、自主的なロボットのための対象物検出、並びに視力障害者及び点検ロボットの活動サポート用に使用される。注記されているように、空気の超音波測定値は、超音波の適切な低伝播速度のため2、3メートル未満の範囲では、正確な距離測定のミリ波及び光を含む電磁波に対抗する効果を持つ。 As noted in Yamashita's paper, 3D imaging devices using air-borne ultrasound are used for vehicle control, object detection for autonomous robots, and activity support for visually impaired and inspection robots. used. As noted, the ultrasonic measurement of air is effective against electromagnetic waves including millimeter waves and light of accurate distance measurement in the range of less than a few meters due to the appropriate low propagation speed of ultrasonic waves. have.
両方とも譲受人に譲渡されたクレーらによる米国特許第6,515,402号及び第6,548,937号は、各内容が参照により完全にここにて組み込まれ、ヤマシタにも記載されているように電極が圧電層の両側、又は一方の側にある超音波トランスデューサのアレイを記載する。斯様なトランスデューサは、開口部を形成するためにマイクロ機械加工される基板を持つ。 US Pat. Nos. 6,515,402 and 6,548,937, both assigned to the assignee by Clay et al., Are hereby fully incorporated by reference and are also described in Yamashita. Thus, an array of ultrasonic transducers with electrodes on either or one side of the piezoelectric layer is described. Such a transducer has a substrate that is micromachined to form an opening.
図2Aは、米国特許第6,548,937号にて説明されているようなシリコン基板210上に膜220が形成される当該シリコン基板210を持つ超音波トランスデューサ200を示す。TiO2層のようなバリア構造体230が、膜220の上に形成される。圧電層240が、障壁層230の上に形成される。第1及び第2の電極250、255は、圧電層240の横方向に分極された動作のため圧電層240の横方向の両端に配される。更に、基板210の一部は、圧電層240及び電極250、255に関して適当な位置で、膜220を露出させるための開口部260をつくるために除去される。斯様な超音波トランスデューサのアレイを製造するために、いくつかの開口部が、1枚のシリコン基板上にいくつかの膜の作成のため生成される。開口部260により露出される膜220は、この開口部260のため(例えば、AC電圧の印加の際)振動できる。
FIG. 2A shows an
特に、第1及び第2の電流供給コンタクト270、275を通って電極250、255へのAC電圧の印加は、圧電層240を当該圧電層240の面の縦方向の振動へと励起させる。圧電素子の長さの変化は、膜220を振動へと励振させる。電極250、255は、図2Bで示されるインターデジタル型電極250、255でもよい。
In particular, application of an AC voltage to the
図2Cは、米国特許第6,515,402号及びヤマシタの論文にて説明されているような、電極250'、255'が圧電層240の両面上に形成される超音波トランスデューサ200'を示す。図2A、2Cに示されるトランスデューサ200、200'両方は、バルクマイクロマシニング技術、又はパターンリソグラフなどによって基板210の一部を除去することにより、適当な位置で開口部260を作ることを必要とし、このことは、時間がかかり、斯様なトランスデューサアレイを製造するコストを増大させる。更に、基板は適当な位置で開口部をつくるために位置合わせさせなければならず、このことが更にエラーを導くだけでなく、製造時間及びコストを増大させ、よって歩留まりを低下させる。加えて、ヤマシタの論文に説明されるように、SOI(絶縁物上のシリコン)ウェーハが典型的に使われ、これは比較的高価であり、ここで、膜はシリコン(2μm)及びシリコン酸化物(0.4μm)から形成される。
FIG. 2C shows an
電界が、図2Cの2つの対向する電極250'、255'の間にあることに留意されたい。この電界は、圧電層に対して垂直である。対照的に、図2Aの2本の隣接する電極250、575間の電界は、圧電層240の面内にあるか、又は、当該面に平行である。図2Bに示されるように典型的にインターデジタルである、密接に間隔を置いた電極を供給することにより、各膜のためちょうど2つの電極でより少なめの電圧が、所望の電界を生じるために必要とされる。
Note that the electric field is between the two opposing
もちろん、イメージングのための空中超音波を使用することに加えて、超音波は、流体及び固体においても適用され、医学音波ホログラフィ及び潜水イメージングのようなイメージングのためにも使われ、ここで、参照により完全にここに組み込まれるバーンスタインによる米国特許第6、323、580号に記載されている(以下バーンスタインと呼ぶ)ように、薄いフェロフィルムが用いられる。バーンスタインにおいては、インターデジタル電極は、シリコン膜の構造体層にのるAl2O3の絶縁体層の上に形成されるフェロダイアフラムの一方の上にだけ形成される。前記シリコン膜は、シリコン基板の上に形成されるSiO2又はSi3N4のエッチストップ層にのる。前記シリコン基板は、シリコン膜の下に開口部を形成するように選択的にエッチングされる(SiO2又はSi3N4エッチストップ層まで)。付加的なAl2O3層が適用されるだけでなく、高価なSOIウェーハ技術が用いられ、更に処理時間及びコストが増大することに留意されたい。図2A、2Bに関連して説明される開口部260と同様に、バーンスタインの開口部も、例えば2サイドリソグラフィ及び位置合わせが、例えば、電極の下の所望の位置で開口部を適切に供給する必要があるエッチング及びマイクロ機械加工によるような、選択的な基板除去から形成されるので、コストは更に増大される。
Of course, in addition to using aerial ultrasound for imaging, ultrasound is also applied in fluids and solids and used for imaging such as medical acoustic holography and submersible imaging, see here A thin ferrofilm is used as described in US Pat. No. 6,323,580 by Bernstein (hereinafter referred to as Bernstein), which is more fully incorporated herein by reference. In Bernstein, the interdigital electrode is formed only on one of the ferrodiaphragms formed on the Al 2 O 3 insulator layer on the silicon film structure layer. The silicon film is on an SiO 2 or Si 3 N 4 etch stop layer formed on a silicon substrate. The silicon substrate is selectively etched (up to a SiO 2 or Si 3 N 4 etch stop layer) to form an opening under the silicon film. It should be noted that not only an additional Al 2 O 3 layer is applied, but expensive SOI wafer technology is used, further increasing processing time and cost. Similar to the
他のマイクロ機械加工されたトランスデューサはジーホンワンらによるタイトル「圧電マイクロ機械加工された超音波発信器の超音波放射パフォーマンス」(ワンと呼ぶ)という論文に記載されていて、参照により完全にここに組み込まれる。このトランスデューサも、基板内に位置合わせされた開口部を形成するため、基板位置合わせ及びマイクロ機械加工を必要とする。ワンの論文において、膜は、Si3N4膜とSi基板との間に形成されたSiO2エッチングストップ層で、Si3N4で形成される。 Other micromachined transducers are described in the paper entitled “Ultrasonic Radiation Performance of Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transmitter” (referred to as one) by Jehong Wang et al., Which is hereby fully incorporated by reference. It is. This transducer also requires substrate alignment and micromachining to form aligned openings in the substrate. In one paper, the film is a SiO 2 etch stop layer formed between the Si 3 N 4 film and the Si substrate, and is formed of Si 3 N 4 .
従って、より薄くて、大きくなく、可撓性であって、減少したステップ及び/又は減少した位置合わせ要件によってより高価でなく、製造がより容易であるがなお高い電気音響パフォーマンスを持つ改良型ミニチュア・センサのためのニーズがある。赤外線の検出のような他の機能も統合することが、更なる小型化さえ可能にするだろう。 Thus, an improved miniature that is thinner, less large, flexible, less expensive due to reduced steps and / or reduced alignment requirements, easier to manufacture but still has high electroacoustic performance・ There is a need for sensors. Integrating other functions such as infrared detection would allow even further miniaturization.
ここに提示されるシステム及び方法の一つの目的は、超音波及び/又は赤外線信号を検出するための複合超音波及び焦電検出器を持つセンサを供給することを含んで、従来のセンサの不利な点を克服することである。 One object of the system and method presented herein includes the disadvantages of conventional sensors, including providing a sensor with a combined ultrasound and pyroelectric detector for detecting ultrasound and / or infrared signals. It is to overcome this point.
例示的実施例によると、ドップラー効果を用いて、例えば無生物の及び生きた対象物を含む対象物の存在又は動き検出、並びに対象物の速度、動きの方向、位置及び/又は数のようなさまざまなパラメータの決定のために、例えば、流体及び固体だけでなく空中のリアルタイム・イメージングのために用いられる、トランスデューサ及びトランスデューサのアレイが供給される。一つの実施例において、トランスデューサは、前部基板の上に形成される膜を有し、圧電層が、能動的な部分及び当該能動的な部分に隣接する周辺部分で前記膜の上に形成される。必要に応じて、前記圧電層はパターニングされる。第1及び第2の電極を含むパターニングされた導電層は、圧電層の上に形成される。更に、能動的な部分に隣接する周辺部分に位置される支持体を持つ後部基板構造が供給される。前記支持体の高さは、パターニングされた圧電層及びパターニングされた導電層を合わせた高さより大きい。多くのトランスデューサは、アレイを形成するために接続され、ここで例えば、コントローラが、存在検出若しくは動き検出及び/又はイメージングのため、アレイのビームをステアリングするなどのようなアレイを制御し、アレイにより受信された信号を処理するために供給される。 According to exemplary embodiments, the Doppler effect can be used to detect the presence or movement of objects including, for example, inanimate and living objects, as well as various such as object speed, direction of movement, position and / or number For the determination of various parameters, for example, transducers and arrays of transducers are provided that are used for real-time imaging in air as well as fluids and solids. In one embodiment, the transducer has a film formed on the front substrate, and a piezoelectric layer is formed on the film in an active portion and a peripheral portion adjacent to the active portion. The If necessary, the piezoelectric layer is patterned. A patterned conductive layer including first and second electrodes is formed on the piezoelectric layer. In addition, a rear substrate structure is provided having a support located in a peripheral portion adjacent to the active portion. The height of the support is greater than the combined height of the patterned piezoelectric layer and the patterned conductive layer. Many transducers are connected to form an array, where, for example, a controller controls the array, such as steering the beam of the array for presence detection or motion detection and / or imaging, and so on. Supplied to process the received signal.
各種センサは、何れかの所望の形状に形成される可撓性センサを形成するために、可撓性フォイル上に供給される。更に、異なるタイプのセンサ又は検出器は、組み合わされ又は一体化されて、超音波及び/又は赤外線信号を検出するための複合超音波及び焦電検出器を含む複数センサのような単一のマルチセンサでもよい。センサは、動き検出又は存在検出だけでなくイメージング(超音波及び/又はIRイメージング)のようなさまざまなアプリケーションで用いられ、ここで超音波センサは、超音波及び/若しくはIR信号の伝送並びに/又は受信を含む、動作のための視線を必要とするIRセンサとは対照的に、動作のための視線を必要としない。 Various sensors are provided on the flexible foil to form a flexible sensor that is formed into any desired shape. In addition, different types of sensors or detectors can be combined or integrated into a single multi-sensor such as multiple sensors including combined ultrasonic and pyroelectric detectors for detecting ultrasonic and / or infrared signals. It may be a sensor. Sensors are used in a variety of applications such as imaging (ultrasonic and / or IR imaging) as well as motion detection or presence detection, where ultrasonic sensors are used to transmit ultrasonic and / or IR signals and / or In contrast to IR sensors that require a line of sight for operation, including reception, they do not require a line of sight for operation.
本システム及び方法の適用性の更なる領域は、以下に供給される詳細な説明から明らかになるだろう。詳細な説明及び具体例は、システム及び方法の例示的実施形態を示すが、説明の目的のみに意図されて、本発明の範囲を制限することを意図しないことは理解されるべきである。 Further areas of applicability of the present system and method will become apparent from the detailed description provided below. It should be understood that the detailed description and specific examples, while indicating exemplary embodiments of the system and method, are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention.
本発明の装置、システム及び方法のこれら及び他の特徴、態様及び効果は、以下の説明、請求項及び図面からよく理解されるだろう。 These and other features, aspects and advantages of the apparatus, system and method of the present invention will be better understood from the following description, claims and drawings.
以下は、図面を参照しながら、上記の特徴及び効果などを示す実施例の説明である。以下の説明では、限定的というよりもむしろ説明のために、アーキテクチャ、インタフェース、技術、要素の属性等の例示的な詳細が記載される。しかしながら、これらの詳細から離れる他の実施例が添付の請求項の範囲内であると依然理解されることは、当業者にとって明らかである。 The following is a description of embodiments showing the above features and effects, etc., with reference to the drawings. In the following description, exemplary details such as architecture, interface, technology, element attributes, etc. are set forth for purposes of explanation rather than limitation. However, it will be apparent to one skilled in the art that other embodiments that depart from these details are still within the scope of the appended claims.
したがって、特定の例示的実施形態の以下の説明は、単に現実には例示的であって、決して本発明、そのアプリケーション又は使用を制限することを意図するわけではない。本システム及び方法の実施例の以下の詳細な説明において、説明の一部を形成する図面が参照され、これらの図面は説明されるシステム及び方法が実践される例示的な特定の実施例を介して示される。これらの実施例は、本開示のシステム及び方法を当業者が実施できるために充分詳細に説明されていて、他の実施例が利用されたり、構造的及び論理的変更が本システムの精神及び範囲から逸脱することなくなされることは理解されるべきである。 Accordingly, the following description of particular exemplary embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or use. In the following detailed description of embodiments of the present system and method, reference is made to the drawings that form a part of the description and these drawings are through exemplary specific embodiments in which the described systems and methods may be practiced. Shown. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the system and method of the present disclosure, other embodiments being utilized, and structural and logical changes being within the spirit and scope of the systems. It should be understood that this can be done without departing from.
従って、以下の詳細な説明は、限定的な意味にとられるべきでなく、本システムの範囲は添付の請求項によってのみ定められる。複数の図に現れる同一の部品が同じ参照符号により識別されるという例外を持って、本願明細書の図の参照符号の先頭の桁は、概して図の番号に対応する。さらに、明快さのために、良く知られたデバイス、回路及び方法の詳細な説明は、本システムの説明を明確にするために省略されている。 The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present system is defined only by the appended claims. With the exception that identical parts appearing in more than one figure are identified by the same reference number, the leading digit of the reference number in the figures herein generally corresponds to the figure number. Further, for clarity, detailed descriptions of well-known devices, circuits, and methods are omitted for clarity of description of the system.
圧電薄膜トランスデューサ及びトランスデューサアレイを含む本センサの各種実施形態は、費用効果的であって、効率的及びミニチュア超音波トランスデューサ/アレイを可能にする。各種実施形態による超音波トランスデューサは、平坦な、薄型超音波トランスデューサであって、これは、例えば、占有検出及び/又は動き検出のために用いられる従来のセラミック超音波トランスデューサより大きくはない。他の実施例は、人間、動物、車両等のような生物及び無生物の対象物の存在、速度、動きの方向、位置、動き及び/又は数のようなさまざまなパラメータを検出するために超音波ビームのスキャン及び電気的ステアリングを可能にする、平坦な薄型薄膜トランスデューサアレイを含む。斯様なコンパクト及び薄型超音波トランスデューサ/アレイは、特にこれらが視線を必要とせず、赤外線センサとは対照的に煙及び熱に反応しないので、さまざまなアプリケーションを見出す。 Various embodiments of the present sensor, including piezoelectric thin film transducers and transducer arrays, are cost effective and enable efficient and miniature ultrasonic transducers / arrays. The ultrasonic transducers according to various embodiments are flat, thin ultrasonic transducers that are not larger than conventional ceramic ultrasonic transducers used, for example, for occupancy detection and / or motion detection. Other examples include ultrasound to detect various parameters such as the presence, speed, direction of movement, position, movement and / or number of living and inanimate objects such as humans, animals, vehicles, etc. It includes a flat thin film transducer array that allows beam scanning and electrical steering. Such compact and thin ultrasonic transducers / arrays find a variety of applications because they do not require line of sight and do not respond to smoke and heat as opposed to infrared sensors.
例示的実施例では、薄膜圧電トランスデューサアレイが存在検出及び/又は動き検出等のために使用され、ここで、図3は薄膜圧電トランスデューサ素子310のアレイ300を示す。アレイ300及び/又は各素子310は、何れかのサイズ及び形状を持ってもよい。素子310のピッチ320は、アプリケーションに基づいて選択される。動き検出器のため空気中の低い減衰を達成するために、前記アレイは、50―450のKHzの周波数で動作するように設計されている。これらの低周波で動作するために、素子ピッチ320は、ほぼ数百マイクロメートルから数千マイクロメートルである。ピッチ320は、1つの素子を隣接する素子から離隔するギャップ340と素子の幅330とを加えたものである。
In the exemplary embodiment, a thin film piezoelectric transducer array is used for presence detection and / or motion detection, etc., where FIG. 3 shows an
図3に示されるように、アレイは、図1に関連して説明されている広めの適用範囲及びブラインドスポット120、130の低減又は排除のため超音波ビームの電気的ステアリングを可能にするためのような、アレイの制御及びアレイ300から受信される情報処理のために、グアルティエーリによる米国特許第6,549,487号にて説明されているように、フェーズ・シフター、遅延タップ、コンバータなどの付随する電子部品を持つコントローラ又はプロセッサ350に接続されている。メモリ360もまた、プロセッサ350により実行されるときアレイ・システムの制御及び動作のためのソフトウェア命令又はコード、さまざまなデータ及びアプリケーション・プログラムを格納するため、プロセッサ350と動作的に結合される。
As shown in FIG. 3, the array is used to allow electrical steering of the ultrasonic beam for the wide coverage and reduction or elimination of
機械的エネルギに変換される電気エネルギ源の量(すなわち、電気機械変換の効率)であるデバイスの高い結合係数を達成するために、ピエゾ電気材料の両側にある電極の代わりに、電極が圧電薄膜の同じ側に処理される図4Aに示されるようなセンサ400が供給され、素子はトランスデューサの面に平行な分極方向において動作する。特に、図2Bに示されるように互いに嵌合される一対の電極430、440と430'、440'との間のインプレイン電界は、圧電薄膜の面の長手方向に応力振動を引き起こし、よって膜の曲げ振動に至る。電極430、440間の低減された間隔は、低い電圧での動作を可能にする。以下の説明では、「正」及び「負」の電圧は、それぞれ、ピエゾ電気材料の電界が分極方向に平行であるか逆平行であることを示すために用いられる。
In order to achieve a high coupling coefficient of the device, which is the amount of electrical energy source converted to mechanical energy (ie, the efficiency of electromechanical conversion), instead of the electrodes on both sides of the piezoelectric material, the electrodes are piezoelectric thin films A
高めの結合係数を持つ他にセンサ400は、また、圧電薄膜の一方の側に電極層がないため1つ層が少ないので、少なめの処理ステップを必要とするだけであり、これは斯様なデバイス400の費用効果的な製造を可能にする。センサ400は、膜410の動きを可能にするため、センサ400の形成の後取り除かれる基板の上に形成される膜410を含む。ピエゾ電気材料420、420'は、所望ならば例えばパフォーマンスを増大するためにパターニングされる膜410上に形成される。更に、一対の電極430、440及び430'、440'は、パターニングされたピエゾ電気材料のそれぞれの圧電性領域420、420'の上に形成される。
Besides having a higher coupling coefficient, the
図4Aに示されるように、正の電圧が内側エッジ電極440、440'に印加され、負の電圧が外側のエッジ電極430、430'に印加され、交互に接地され、圧電層の伸長450は、図4Bに示されるように、膜スタックの下方への曲り460に結果としてなる。電極対430、440及び430'、440'に印加される電圧の極性を反転させることは、上方へ膜スタックを曲げることになる。前記圧電層に印加される電圧パルス又は何らかの交流電流(AC)信号は、対象物の検出のため対象物から反射される超音波を引き起こす。
As shown in FIG. 4A, a positive voltage is applied to the
膜トランスデューサの動作原理は、基本的な曲りモードが示されている図4Bで説明される。膜の変位404は、区域401、401'及び402の曲りに結果としてなる。区域403は、ほぼ曲げられていないままである。圧電動作が、1つ又は複数の湾曲区域401、401'又は402を曲げるために用いられる。層状の膜が、これらの歪み可能又は可動部分401、401'、402において少なくとも用いられ、以下の区域で例証されるだろう。所与の実施態様は、膜のどの区域が作動されるかを選択することの自由度に限定を課すべきではない。例えば、図4Aのスタック440、430、420、410は、図4Bに示される作動区域401を形成する。もちろん、歪み可能又は可動スタックは、区域402に配されてもよい。
The operating principle of the membrane transducer is illustrated in FIG. 4B where the basic bending mode is shown.
もちろん所望ならば、一方の側、例えば、圧電材料の一番上の側の代わりに、電極の一対は、例えば、図5のセンサ500に示されるように、圧電材料520、525をはさむように、両側にあってもよい。この場合、電圧は、一番上及び底部の電極対530、540及び530'、540'間に供給される。一番上の電極530、530'と底部電極540、540'との電圧差が正のとき、膜に対して垂直な伸長及び面内の圧電層の収縮550、555が、矢印560により示されるように、膜スタックを引っ張ることになる。
Of course, if desired, instead of one side, eg, the top side of the piezoelectric material, a pair of electrodes may sandwich the
センサ400、500は、効率的に形成され少なめの処理操作を必要とするだけなので、高価ではない。例えば、ウェーハ及び膜は、高価なSOI製造に沿って作られず、図8A〜8Cに関連してより詳細に説明されるように、シリコン窒化物、シリコン酸化物、又はシリコン窒化物及びシリコン酸化物の組合せでよく、これらは標準半導体プロセスを使用して堆積され高価ではない。もちろん、これらの物質の他に、圧電薄膜処理と互換性を持つ他の有機又は無機の材料が使用されてもよい。更に、膜を露出させるため、図2A及び2Bに関連して説明されるように、基板の部分を除去し、開口部260を作るため、例えば、パターニングされたバルクマイクロ機械加工及び2サイドリソグラフィにより、図6の点線として示される下部の基板615をパターニングする必要はない。
むしろ、センサはダイにマウントされ、十分なエッチングが、すべての下部の基板615を除去するために至る所で実行される。したがって、リソグラフィ又はパターニングは、例えば、所望ならば電極及び/又は圧電材料をパターニングするために一方の側にあるだけである。他方の側、例えば、図4A及び図5に示される底部側は、何らかのリソグラフィ又はパターニングを必要としてもよい。むしろ、十分なエッチングは、下部の又は前部エンドの基板615を除去し、図6に示されるようにダイ又は後部エンドの基板640上にセンサアレイ又は素子をマウントした後に、膜410、510、610を露出させるように実行される。
Rather, the sensor is mounted on a die and sufficient etching is performed everywhere to remove all the
基板のパターニングされたエッチングが必要でないだけでなく、適当な位置で開口部260(図2A、2C)を得るために基板の所望の部分を適切にエッチングするため前部サイド及び後部サイドのマスクを位置合わせする必要もないので、コスト及び製造時間が低減される。これは、処理時間及び経費を低減するだけでなく、位置合わせエラーを排除し、壊れやすい穿孔された基板の処理問題を排除することにより、収率も増大する。更に、例えば図4A、図6及び図8Aに示されるように、電極が圧電材料の一方の側にだけある場合、すなわち、圧電材料の他方の側の上に電極がないため、1つ少ない層が必要とされ、製造時間及びコストを低減する。 Not only is a patterned etch of the substrate required, but the front side and back side masks are used to properly etch the desired portion of the substrate to obtain openings 260 (FIGS. 2A, 2C) at the appropriate locations. Since there is no need for alignment, costs and manufacturing time are reduced. This not only reduces processing time and cost, but also increases yield by eliminating alignment errors and eliminating the processing problems of fragile perforated substrates. Furthermore, as shown for example in FIGS. 4A, 6 and 8A, if the electrode is only on one side of the piezoelectric material, ie there is no electrode on the other side of the piezoelectric material, one less layer Is needed to reduce manufacturing time and cost.
それぞれ図4A及び図5Aの410、510及び図6の610の参照符号で示されるように、圧電薄膜トランスデューサの基本的なモジュールは、薄膜の膜のスタックである。実例として、膜410、510、610は、シリコン窒化物、シリコン酸化物又はシリコン窒化物及びシリコン酸化物の組合せから形成される。膜410、510、610は、例えば低圧化学蒸着(CVD)プロセスで、例えば、膜の一方の側を露出させるために後で完全にエッチングされる基板615上に堆積される。前記基板は、シリコン又は何らかの他の適切な物質である。膜410、510、610の上部に、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム又は酸化アルミニウムの薄膜障壁層617が、図6に示されるように必要に応じて付与されてもよい。
The basic module of a piezoelectric thin film transducer is a stack of thin film films, as indicated by
(圧電層の一方の側の上にだけ電極を持つ図4Aに示される実施例に関係する)図6に示される実施例では、膜層610(図4Aの410)の上部に、又は存在するならば障壁層617の上部に圧電薄膜が形成され処理され、(所望ならば)圧電性の領域620、622、624を形成するためにパターニングされる。実例として、圧電薄膜は、例えば、Laでドープされるか又はドープされないチタン酸ジルコン酸鉛でよいが、何らかの他の圧電材料でもよい。圧電層620は、連続的であるか、又は作動区域(図4Bの402)の幅に合わせるためにパターニングされてもよい。複数のトランスデューサ素子600は、素子のピッチが素子(図3の参照符号330としても示される)の幅626と同程度小さい1次元又は2次元アレイへ配される。図6に示される左右の圧電性の領域622、624は、圧電性の機能を持たないが、後述するようにスペーサ又は支持マウントとして役立つ。高さ826を持つキャビティは、ガスで満たされるか、又はアプリケーションに依存して結合プロセスの間、排気される。例えば、ガス充填キャビティの効果は、苛酷な周囲のより良い信頼性のために密封したパッケージと同様に、より良好な封入を供給することを含む。キャビティ内が真空を持つ効果は、より硬い膜の不利な点であるが、特に空気トランスデューサのために膜の自由な動きを含む。キャビティは、周囲との圧力同等化を供給するために周囲に対して開いたままでもよく、よって、共振周波数、感度等のシフトのようなパラメータのシフト又はドリフトを低減するか又は回避する。しかしながら、開口キャビティは、湿気及び周囲に影響されやすい。選択は、アプリケーション環境に依存する。
In the embodiment shown in FIG. 6 (related to the embodiment shown in FIG. 4A with electrodes only on one side of the piezoelectric layer), or on top of the membrane layer 610 (410 in FIG. 4A). If so, a piezoelectric film is formed on top of the
更に、一つ以上のメタライゼーション層は、圧電薄膜の一方の側に付与され、図6のストリップ630として示される電極を形成するためパターニングされる。実例として、例えば約1μmの総厚さを持つ薄いTiW層及びAl層である第1の金属層スタックが形成され、電極ストリップ630、630'の第1のセットを形成するためにパターニングされ、第2の金属層が、電極ストリップ635、635'の第2のセットを形成するために電極ストリップ630、630'の第1のセットの上に形成されパターニングされる。本願明細書において示されるスタック又は層は、例えば、交互の層で形成される2つ以上の物質の単一の層又はマルチレイヤであることを理解すべきである。第2の金属ストリップ635、635'は、例えば約1μmの総厚さを持つTi層及びAu層の金属層スタックである。もちろん、例えばTi及びAuのスタックから1つの金属スタックだけを含むような、金属の何らかの適切な組合せ及びタイプが、電極を形成するために用いられる。圧電薄膜及び金属層のパターン構成は、フォトレジスト層及びエッチングを使用して、良く知られたリソグラフィ方法のような何らかの適切な方法による。
In addition, one or more metallization layers are applied to one side of the piezoelectric film and patterned to form an electrode shown as
各アレイ素子又は圧電性の領域の対向し合う縁では、前記金属層は厚めでもよく、周辺の金属ストリップの高さを増大し、約200nmから2μmまで又はより高く、例えば20μmまでの高さを持つ支持マウント660、660'を形成するため、前に形成された金属ストリップの上に形成される他の金属層650、650'を含む。他の金属層650、650'は、Ti及び/若しくはAu又は金属の何らかの適切な組合せ及びタイプでよい。
At the opposing edges of each array element or piezoelectric region, the metal layer may be thicker, increasing the height of the surrounding metal strip, increasing the height from about 200 nm to 2 μm or higher, for example up to 20 μm. In order to form a supporting
図8A、8Bに関連してより詳細に説明されるように、厚くされた端又は周縁の金属層(追加の又は他の金属層650、650'を持つ)も、支持マウント660、660'として働き、これらマウントの上に後部エンド基板640をマウントする。特に、図6に示されるデバイス600の上部で、すなわち、圧電性の領域620、622、624又はアレイ素子の対向し合う縁の周辺金属ストリップ又は支持マウント650、650'の上に、後部エンド基板640は、例えば、Ti/Auのような適切なコンタクト金属を使用して超音波結合によりマウントされる。もちろん、熱圧着等の何らかの他の結合スキームが用いられてもよい。後部エンド基板640は、例えばシリコンであり、何らかの適切な結合剤を使用して何らかの他の結合技術によりマウントされてもよく、ここで、金属層650、650'及び電極ストリップ635、635'の第2のセット両方ともAuでよく、互いに超音波結合に非常に適している。
As described in more detail in connection with FIGS. 8A, 8B, thickened end or peripheral metal layers (with additional or
後部エンド基板640がマウントされる周辺金属ストリップ又は支持体660、660'は、圧電層の上、0.5―30μmの厚みを持つ。もちろん、これらの高さを増大するために周辺金属ストリップ635、635'の上に他の金属ストリップ650、650'を形成する代わりに、他の金属ストリップ650、650'が後部エンド基板640に付与されてもよく、このとき後部エンド基板640は周辺金属ストリップ635、635'の上部にマウントされ、ここで金属(635)上の金属(650)の単純な結合が実行され、超音波結合の場合にはAuが金属層650、635両方に適している。もちろん、所望ならば、所望の高さの支持マウントが後部エンド基板640上に形成され、後部エンド基板640の斯様な支持マウントは、膜610の上部に、又は膜610の上に形成された適切な層の上部に結合されてもよい。
The peripheral metal strip or
所望ならば、後部エンド基板640と圧電トランスデューサ領域との間に非常に大きなギャップ826を達成するために、代替的スタックにおいて、圧電性の膜610が作用している領域に、溝が後部エンド基板640に彫りつけられてもよい。このことを達成するために、金属領域650及び650'、例えば後部エンド基板640(例えば2μmの厚さのSiO2層を持つSi基板で例えばありえる)の上部にある薄いTi及びAu層である当該金属領域650及び650'を堆積しパターニングの後、Ti/Auが堆積されない領域にSiO2及びSiのためのドライエッチング・プロセス・ステップが付与される。ドライエッチング手順の他に、SiO2及びSiに対するウエットエッチング技術が、また適用されてもよい。SiO2及びSiのパターニングは、圧電トランスデューサと後部エンド基板640との間に数マイクロメートルから数十マイクロメートルまでのギャップを達成することを可能にする。
If desired, in an alternative stack, a groove is formed in the region where the
後部エンド基板640は、一体型の電子部品、ガラス基板又は何らかの他の基板を持つか又は持たないシリコン基板である。マウントされた後部エンド基板640は、一体型の電子部品、トランジスタ、受動素子等を持つSiデバイスを含んでもよい。例えば、一次元及び/又は二次元アレイに対する高い素子数相互接続を可能にするため、例えば、開口部又はバイア穴が後部エンド基板640に供給されてもよい。
The
点線615により示されるトランスデューサアレイの下に担持される前部又は下部のシリコン基板615(その上に、種々の層、例えば、膜、障壁層、圧電層及び金属化層が形成され、パターニングされる)は、前記種々の層を形成しパターニングした後、完全に、又は、部分的にエッチングされ、アレイ素子の縁で金属化領域を厚くして、その上に後部基板640をマウントする。前部又は下部のシリコン基板615は、例えば、ウェット化学エッチング、ドライエッチング、グラインド及び/若しくは研摩、又はこれらの組み合わせにより完全に、又は、部分的にエッチングされる。パターニングされず、むしろ能動的なアレイ領域内でほとんど完全に除去されるので、前部若しくは下部の基板615のバルクマイクロ機械加工若しくはリソグラフィ・エッチングの何れの使用又は位置合わせが必要ない点に留意されたい。すなわち、2サイドリソグラフィが必要でない。これは、製造時間及び経費を減らす。
A front or
図3に関連して説明されたように、1つの素子から同じ及び/若しくは異なるサイズ及び/又は形状の数十、数百又は数千もの素子にさえわたる複数の素子310がアレイ300に供給される。例えば50―450KHzの周波数でデバイスを動作させるために、これらの素子は、数百マイクロメートルから数千マイクロメートルのオーダーのピッチで設計される。200―300KHzで動作するトランスデューサアレイ700のためのデザインの例は図7に示され、素子710の断面が図8Aに示される。例えば、円形の膜又は素子及び何らかの形状のアレイのような、これらの低周波でトランスデューサの効果的な動作を可能にする何れの他のデザインも可能であることは理解されるべきである。
As described in connection with FIG. 3, a plurality of
低電圧での動作を可能にしながら、ほぼ50―450KHzの範囲でデバイスの所望の共振周波数を依然達成するため、トランスデューサ素子800は、図8Aに示されるように、400―1500μmのピッチ626を持ち、これは、インターデジタル電極840、845が、図2Bに示されるインターデジタル電極250、255と同様に、圧電層820の一方の側上にだけ形成される図4Aと関連したデザインである。
In order to still achieve the desired resonant frequency of the device in the range of approximately 50-450 KHz while allowing operation at low voltages, the
図8Aは、また、膜830を示し、中心能動的な領域821を形成するために当該膜830の上に圧電層820が形成されパターニングされ、当該中心能動的な領域821の上にインターデジタル・レイアウトを持つ電極840、845が付与される。インターデジタル電極840、845及び増大された数のインターデジタル電極の間の非常に小さなスペーシングを利用して、低電圧動作が達成される。
FIG. 8A also shows a
圧電材料622、624も周辺領域822、824に残り、当該周辺領域822、824の上にメタライゼーション層が形成され、これは電極840、845と圧電性の周辺領域622、624の上に第1の金属領域860とを形成するためにパターニングされる。第2のメタライゼーション層870は、同じ又は異なる金属(図6に関連しても説明されているように)を使用して、第1の金属領域860の上に形成される。第2のメタライゼーション層870は、能動的な領域821の電極及び圧電層820の厚み、すなわち高さ828(又は図8Bの828')を超えて、周辺領域又は支持マウント822、824の厚み、すなわち高さ826(又は図8Bの826')を増大させる。トランスデューサ素子は、上部又は後部基板640と、結合剤、超音波結合又は熱圧着により例えばクランプされて、マウントされる。
トランスデューサ素子のアレイ(図7の700及び図3の300)は、400―800μmのピッチ320(図3)を持つ素子が、ビーム・ステアリング及びスキャンのために例えば並列に接続されるように構成されて形成される。図4A及び4Bと関連して説明されたように、膜830は、前部又は下部の基板(図6の点線615により示されるように、後で取り除かれる)の上に形成されるシリコン窒化物層847とシリコン窒化物層847の上に形成されるシリコン酸化物層850とを、又はシリコン窒化物及びシリコン酸化物層の組合せを含む。
The array of transducer elements (700 in FIG. 7 and 300 in FIG. 3) is configured such that elements having a pitch 320 (FIG. 3) of 400-800 μm are connected, for example, in parallel for beam steering and scanning. Formed. As described in connection with FIGS. 4A and 4B,
説明されているように、隣接する電極に異なる符号(すなわち、極性)電圧を印加する電圧信号が、インターデジタル電極840、845に印加され、よって、電極840、845の間にインプレイン電界を作り、よって、圧電層820を当該圧電層820の面内での長手方向の振動へ励起する。圧電素子の長さの変化は、膜830を振動へと励起する。
As described, a voltage signal that applies a different sign (ie, polarity) voltage to adjacent electrodes is applied to the
もちろん、電極が圧電層の一方の側に供給されるデザインの代わりに、電極は、図5に関連して説明され、パターニングされた圧電層又は領域820'が2つの対向し合う電極840'、845'の間に挟まれた図8Bに示されるように、圧電層の両側に供給されてもよい。この場合、圧電層820'は、パターニングされた対向し合う電極840'、845'に整合する領域にパターニングされる。
Of course, instead of a design in which the electrode is supplied on one side of the piezoelectric layer, the electrode is described in connection with FIG. 5, where the patterned piezoelectric layer or
図8Bに示される実施例では、圧電層820'は、電圧を印加するための一対の相補型電極840'、845'で両側からカバーされる。もちろん、図8A又は8Bに示される何れかの実施例の電極のうちの1つが接地されてもよい。実例として、底部電極840'は、例えばTi/Pt電極であり、一番上の電極845'はTi/Au電極である。もちろん、圧電層と互換性を持つ何れの他の電極物質が使われてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 8B, the
デザインは、他の実施例によるトランスデューサ801を表す図8Cに示されるように作動領域の直列接続を用いることにより、駆動電子部品の電気的インピーダンスを整合するように修正されてもよい。斯様なデザインはまた、依然許容できる抵抗損失を持つ薄めの電極を使用してもよい。信号電圧は、膜の曲りモードを妨げることのない追加の金属層630を加えることにより良好な導電を作る周辺トップ電極880、885の間に印加される。圧電層620の対向し合う側上の重なる電極890、895は、浮いているか、又は外部の小さなリーク電圧分圧器、例えば、高い値の抵抗チェーンに接続されてもよい。図8Cでは、圧電層620の能動的な部分は、重なり合う底部電極890とトップ電極895との間の容量性結合により直列に接続されるセグメントに分けられる。さらにもう一つ他の変形例(また、すべての例にあてはまる)は、図8Dに示されるような圧電結合を強化するためにDCバイアス電圧を印加することである。前記バイアス電圧は、抵抗891,893を介してポート892、894により、素子880、885、887、890に供給されてもよい。入力信号もまた、例えばポート895、896を介して供給されてもよい。このようにして、また、電歪物質が活性層620として使用でき、又はバイアス接続が圧電材料の極のために用いられてもよい。
The design may be modified to match the electrical impedance of the drive electronics by using a series connection of working regions as shown in FIG. 8C representing a
斯様な薄膜トランスデューサアレイは、独立の薄膜圧電トランスデューサ膜に対する図9のプロット線900で示されるように、50―450のKHzの周波数で動作し、ここでx軸は周波数であり、y軸は電気的インピーダンスの実数部分である。
Such a thin film transducer array operates at a frequency of 50-450 KHz, as indicated by
本願明細書の説明の観点から当業者により認識されるように、さまざまな変更態様が提供されてもよい。例えば、作動電極は、膜の中心又は膜の縁に単一のプレート・キャパシタを形成してもよい。あるいは、単一のプレート・キャパシタは、駆動回路の動作電圧と整合する直列構成で接続されるより小さな領域に分けられてもよい。上記のトランスデューサ、センサ及びシステムの各々は、他のシステムと連動して利用されてもよい。 Various modifications may be provided, as will be appreciated by those skilled in the art in view of the description herein. For example, the working electrode may form a single plate capacitor at the center of the film or at the edge of the film. Alternatively, a single plate capacitor may be divided into smaller areas connected in a series configuration that matches the operating voltage of the drive circuit. Each of the transducers, sensors, and systems described above may be utilized in conjunction with other systems.
更に、それぞれの内容が完全に参照によりここに組み込まれる譲受人に譲渡されたクレーらによるWO03/092915、米国特許第6,515,402号、米国特許第6,548,937号及びフレーザーらによるWO03/092916に説明されているように、さまざまな物質が、種々異なる層で使われてもよい。
例えば、障壁層は、以下の一つ以上から形成されてもよい:TiO2、Al2O3、HfO2、MgO及び/鉱石ZrO2。
圧電薄膜物質は、以下を含む:
1.ドーピングする又はしないPbZrxTi1―xO3(0≦x≦1)。ドーピングは、La、Mn、Fe、Sb、Sr、Ni又はこれらのドーピングの組合せを有する。
2.Pb(Zn1/3Nb2/3)O3―PbTiO3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3―PbTiO3、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3―PbTiO3、Pb(Sc1/3Nb2/3)O3―PbTiO3、Pb(Zn1/3Nb2/3)1―x―y(Mn1/2Nb1/2)xTiyO3(0≦x≦1、0≦y≦1)、Pb(In1/2Nb1/2)O3―PbTiO3、Sr3TaGa3Si2O14、K(Sr1―xBax)2Nb5O15(0≦x≦1)、Na(Sr1―xBax)2Nb5O15(0≦x≦1)、BaTiO3、(K1―xNax)NbO3(0≦x≦1)、(Bi,Na,K、Pb,Ba)TiO3、(Bi,Na)TiO3、Bi7Ti4NbO21、(K1―xNax)NbO3―(Bi,Na,K,Pb,Ba)TiO3(0≦x≦1)、a(BixNa1―x)TiO3―b(KNbO3―c)1/2(Bi2O3―Sc2O3)(0≦x≦1、a+b+c=1)、(BaaSrbCac)TixZr1―xO3(0≦x≦1、a+b+c=1)、(BaaSrbLac)Bi4Ti4O15(a+b+c=1)、Bi4Ti3O12、LiNbO3、La3Ga5.5Nb0.5O14、La3Ga5SiO14、La3Ga5.5Ta0.5O14
In addition, according to WO 03/092915, U.S. Pat. No. 6,515,402, U.S. Pat. No. 6,548,937 and Fraser et al. A variety of materials may be used in different layers as described in WO 03/092916.
For example, the barrier layer may be formed from one or more of the following: TiO 2, Al 2 O 3 , HfO 2, MgO and / ore ZrO 2.
Piezoelectric thin film materials include:
1. PbZr x Ti 1-x O 3 with or without doping (0 ≦ x ≦ 1). The doping has La, Mn, Fe, Sb, Sr, Ni or a combination of these dopings.
2. Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 --PbTiO 3 , Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 --PbTiO 3 , Pb (Ni 1/3 Nb 2/3 ) O 3- PbTiO 3 , Pb (Sc 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 , Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 1-xy (Mn 1/2 Nb 1/2 ) x Ti y O 3 (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), Pb (In 1/2 Nb 1/2 ) O 3 —PbTiO 3 , Sr 3 TaGa 3 Si 2 O 14 , K (Sr 1−x Ba x ) 2 Nb 5 O 15 (0 ≦ x ≦ 1), Na (Sr 1−x Ba x ) 2 Nb 5 O 15 (0 ≦ x ≦ 1), BaTiO 3 , (K 1−x Na x ) NbO 3 (0 ≦ x ≦ 1), (Bi , Na, K, Pb, Ba) TiO 3, (Bi, Na) TiO 3, B 7 Ti 4 NbO 21, (K 1-x Na x) NbO 3 - (Bi, Na, K, Pb, Ba) TiO 3 (0 ≦ x ≦ 1), a (Bi x Na 1-x) TiO 3- b (KNbO 3−c ) 1/2 (Bi 2 O 3 −Sc 2 O 3 ) (0 ≦ x ≦ 1, a + b + c = 1), (Ba a Sr b Ca c ) Ti x Zr 1−x O 3 ( 0 ≦ x ≦ 1, a + b + c = 1), (Ba a Sr b La c ) Bi 4 Ti 4 O 15 (a + b + c = 1), Bi 4 Ti 3 O 12 , LiNbO 3 , La 3 Ga 5.5 Nb 0.5 . 5 O 14 , La 3 Ga 5 SiO 14 , La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O 14
更に、支持マウント822、824(例えば図8Bに示されるような)を形成するさまざまなスタック又は層は、圧電層622及び後部基板640の1つ又は両方の上に形成されてもよい。例えば、2つの金属層630、635は圧電層622の上に形成され、1つの金属層650は第2の金属層635と結合するために後部基板640上に形成される。代わりに、又は加えて、第1の金属層630は圧電層622上に形成され、2つの金属層650、635は後部基板640上に形成され、ここで、第2の金属層635は第1の金属層630と結合される。
Further, various stacks or layers forming support mounts 822, 824 (eg, as shown in FIG. 8B) may be formed on one or both of
支持マウント(例えば、図8Bに示される支持マウント822、824)を形成するさまざまなスタック又は層は、以下の物質の一つ以上を含み、ここで、第1の金属層630が圧電層622の上に形成され、第2の金属層635は第1の金属層630の上に形成される。他の金属層650は、表1に示されるように後部基板640上に形成される。例えば、表1の第1行は、Ti層が圧電層622の上に形成され、Au層が前記Ti層の上に形成され、ここで、Ti及びAu層は第1の金属層630を形成する実施例を示す。他のAu層は、第1の金属層のAu層の上に第2の金属層635として形成される。後部基板640上に、Ti層が形成される。このTi層の上にAu層が形成され、ここで、これらのTi及びAu層は後部基板640上に付加のすなわち他の層650を形成する。次に、他の層650のAu層は、第2の金属層635のAu層に結合される。
The various stacks or layers forming the support mount (eg, support mounts 822, 824 shown in FIG. 8B) include one or more of the following materials, where the
もちろん、何らかの他の金属及び金属スタックの組合せが、各種層を形成するために用いられてもよい。更に、後部基板640上に他の層650だけを形成する代わりに、第2の金属層635は、(第1の金属層630の上に形成される代わりに)他の層650上にも形成されてもよい。後部基板640上に層650、635のスタックを形成した後、第2の金属層635は、圧電層622の上に形成される第1の金属層630に結合される。この場合、第2の金属層635は、(例えば、図6及び図8Bに示されるように第1の金属層630に重なる代わりに)他の層650に重なるだろう。表2は、他の層650が後部基板640上に形成され、第2の金属層635が他の層650上に形成される場合の層の各種実施形態を示す。
Of course, any other combination of metals and metal stacks may be used to form the various layers. Further, instead of forming only the
表2に示されるように、他の層650の層の一つで第1のAu層を形成して、それから第2の層635として(第1のAu層の上に)第2のAu層を形成する代わりに、単独で厚いAu層が後部基板640上に形成される(他の層650の)Ti層の上に形成されてもよいことに留意されたい。表1の第1の行の場合のように、表2の行1つに示された実施例において、Ti層が圧電層622の上に形成され、Au層が第1の層630を形成するためにTi層の上に形成され、これは後部基板640のTi層上に形成される厚いAu層に結合される。もちろん、何らかの他の金属及び金属スタックの組合せが、表2にみられる各種層を形成するために用いられてもよい。
As shown in Table 2, one of the
特定のアプリケーションにおいては、トランスデューサアレイの異なる形状が望ましい。例えば、参照により完全にここに組み込まれるウィルスラによる米国特許出願公開番号第2007/0013264号は、半導体材料の担体基板のスラブ上に形成される容量性膜超音波トランスデューサアレイを記述している。基板の2つのスラブは、曲りを許容するより薄い基板ブリッジにより離隔されるか又は接続される。離隔されたか薄く接続されたスラブは、カーブするアレイとなる剛性湾曲面に沿って位置される。前記スラブは、湾曲の程度に耐えるのに十分可撓性である伝導相互接続により接続される。所望の形状が湾曲面の上にスラブを配置することにより達成されるが、スラブを接続する薄いブリッジ又は導体は壊れやすい。更に、湾曲面自体は、堅くて可撓性ではない。 In certain applications, different shapes of the transducer array are desirable. For example, U.S. Patent Application Publication No. 2007/0013264 by Virala, which is fully incorporated herein by reference, describes a capacitive membrane ultrasonic transducer array formed on a slab of a carrier substrate of semiconductor material. The two slabs of the substrate are separated or connected by a thinner substrate bridge that allows bending. Separated or thinly connected slabs are positioned along a rigid curved surface that forms a curved array. The slabs are connected by conductive interconnects that are flexible enough to withstand the degree of curvature. Although the desired shape is achieved by placing the slab on a curved surface, the thin bridge or conductor connecting the slab is fragile. Furthermore, the curved surface itself is hard and not flexible.
本デバイス及びシステムの一つの実施例においては、よりよく保護され、剛性表面をそれ自身必要とすることなく所望の形状に形成されるトランスデューサの改良された又は実に可撓性のアレイが供給される。例えば、図3に示されるアレイ300は、少なくとも一つの無指向性動き及び存在検出器として構成される、少なくとも一つの薄膜可撓性超音波トランスデューサを含む。可撓性超音波トランスデューサの代わりに、又はそれに加えて、少なくとも一つの薄膜可撓性焦電センサが供給される。可撓性の超音波及び焦電センサの組合せは、2タイプのセンサ、すなわち、焦電及び超音波センサを利用して、焦電センサが例えば(IR信号検出のために一連の視界を必要とする不利な点を持つ)赤外線の(IR)信号を使用した温度変化の検出に基づき、超音波センサが障壁周辺で超音波信号を検出するが視界の直接のラインを必要としないので、偽の不在警報又は誤警報の提供が少なくなる。
In one embodiment of the device and system, an improved or truly flexible array of transducers is provided that is better protected and formed into the desired shape without the need for a rigid surface itself. . For example, the
超音波及び/又は焦電トランスデューサのアレイの柔軟性は、さまざまな形状のアレイの実現を可能にする。斯様な可撓性のトランスデューサアレイは、何らかの所望の形状、例えば円錐形状に形成されて、天井にマウントされる。これは、超音波及び/又はIR信号の無指向性伝送及び検出を可能にする。 The flexibility of the array of ultrasonic and / or pyroelectric transducers allows the realization of arrays of various shapes. Such a flexible transducer array is formed into any desired shape, for example a conical shape, and mounted on the ceiling. This allows omnidirectional transmission and detection of ultrasound and / or IR signals.
例えば、図10に示されるセラミック圧電素子及び/又は図11、図12に示される薄膜トランスデューサのような、トランスデューサの何らかのタイプのトランスデューサの可撓性のアレイを含む実施例が実現される。 Embodiments are realized that include a flexible array of transducers of some type, such as, for example, a ceramic piezoelectric element as shown in FIG. 10 and / or a thin film transducer as shown in FIGS.
特に、図10は、2つの電極1030、1040にはさまれる圧電材料1020の層を持つセラミック圧電素子を有するトランスデューサ1010の可撓性のアレイ1000の一つの実施例を示す。もちろん、所望ならば、電極は、図2A、図4A、図6及び図8Aに関連するような上述のものと同様に、圧電材料1020の一方の側にだけ位置されてもよい。
In particular, FIG. 10 shows one embodiment of a
図10に示されるように、ワイヤボンド又はパターニングされた導電通路である点線1060として示される相互接続を有する可撓性のキャリア1050上に、例えば行及び列のアレイとして、トランスデューサ1010はマウントされる。相互接続1060は、電極を相互接続させたり、電源、電子回路、コントローラ、トランジスタ、スイッチ、受動的又は能動的なデバイス等への接続のためのような所望の他の素子に相互接続させる。可撓性の超音波トランスデューサアレイ1000は、薄膜超音波及び/又は焦電トランスデューサを含む、無指向性動き検出のための何らかの所望の形状を持つセンサの実現を可能にする。トランスデューサ1010は、可撓性である必要がなく、可撓性のフォイル1050の動きを許容しアレイ1000を何らかの所望の形状に形作ることを可能にするギャップ1070により離隔されて、可撓性のフォイル1050に結合されるなどして、単にマウントされていてもよい。
As shown in FIG. 10,
図10に示される実施例のトランスデューサ1010が膜を含まず、圧電スラブ1020が可撓性のキャリア1050を曲げるはずがないことに留意されたい。トランスデューサアレイ1010は可撓性のキャリア1050のため可撓性であるが、可撓性のキャリア1050の剛性が典型的にあまりに低すぎて良好な膜として作用できない。しかしながら、所望ならば、製造中に例えば事前に曲げて面内応力が曲げに変換されるように、シンメトリ破壊が導入されてもよい。更に、音響インピーダンスが整合せず、例えば圧電材料1020が水又は空気より硬いならば、広帯域の動作などのため、任意の整合層1075が図10に示される下側電極1030に供給されてもよい。加えて、中間の剛性を持つ層が、帯域幅を増大してエネルギ転送を容易にするために供給されてもよい。もちろん、曲り膜のような機械式変成器が用いられてもよい。
Note that the
図11は、アレイ1100の他の実施例を示し、ここで、電子部品を持つ又は持たないシリコン部分にマウントされた、上部側に薄膜圧電素子を持つ2つの超音波トランスデューサデバイスが示される。超音波トランスデューサデバイスは、参照符号1150、1155として示される可撓性の層で両側がカバーされる。可撓性の圧電超音波トランスデューサアレイ1100は、説明された薄膜処理により実現される。図11において、2つの薄膜圧電超音波トランスデューサ素子は、参照符号1110、1120として示される。もちろん、例えば、等しいか異なる数の行及び列を持つような、何らかの所望の数のトランスデューサ素子が、何らかの所望の構成又はトポロジのアレイに含まれてもよい。薄膜処理は、可撓性の超音波トランスデューサアレイを実現するために適用される。代わりに、又は、加えて、可撓性の容量性マイクロ機械加工された超音波トランスデューサアレイが実現されてもよい。薄膜可撓性の超音波検出器に関連した上述と同じ技術が、薄膜可撓性の焦電検出器を実現するために用いられる。
FIG. 11 shows another embodiment of an
特に、図11に示される可撓性のアレイ1100の実施例は、2つのトランスデューサ1110、1120が示される薄膜超音波トランスデューサを有する。トランスデューサ1110、1120は、第1及び第2の可撓性の層1150、1555によって両側が囲まれる。図11は、一体化された電子部品を持つ又は持たないシリコン(Si)部分1130のような半導体部分と、シリコン(Si)部分1130の上部の誘電層に埋め込まれる相互接続構成体1132とを有する2つのトランスデューサ1110及び1120を持つ可撓性のトランスデューサアレイ1100を示す。異なるトランスデューサ素子1142のための相互接続ライン1140は、例えば、電気メッキを施された金(Au)を主成分とした再分布相互接続層を有する。例えば、シリコン窒化物及び/又はシリコン酸化物を有する薄膜の膜1186が供給される。膜1186上に、圧電薄膜層1184が形成される。例えば、チタン(Ti)及び/又はAuを有するメタライゼーション層1182が、例えば、超音波結合によりSi部分1130上に圧電性の部分1184をマウントするためのコンタクトを形成するために付与されてもよい。このコンタクト1182は、接地コンタクトとして働いてもよい。例えば、圧電層1184の上部にTi及び/又はAu層を有する他の金属コンタクト1188が形成されてもよく、信号回線としても使われる。もちろん、図11に示される実施例は、圧電素子を駆動するための信号ライン及びグランドとの接続のための1つのオプションであるが、本説明からみて当業者にとって明らかであるように、接続の他の方法も可能である。
In particular, the embodiment of the
可撓性であることに加えて、薄膜超音波トランスデューサアレイ1100は、また、アレイの両側上に2つの可撓性のフォイル1150、1555により保護されている。もちろん、薄膜超音波トランスデューサに加えて、又はその代わりに、焦電トランスデューサが用いられてもよい。
In addition to being flexible, the thin film
図12は、2つ以上の超音波トランスデューサ1210、1220の可撓性のアレイ1200の他の実施例を示し、ここで、各トランスデューサは、例えば、図8Aに関連して説明される超音波トランスデューサ800と同様である。図12に示されるように、各超音波トランスデューサ1210、1220の後部基板1240は、可撓性のフォイル又はポリマ層1250に、例えば結合されて取り付けられる。後部基板1240は、何らかの適切な基板、例えばガラス、及び/又はシリコン(Si)のような半導体材料でよく、担体だけでなく、また、例えばトランジスタ、スイッチ、増幅器並びにトランスデューサの制御及び動作のための所望の電子部品のような能動及び/又は受動素子を含んでもよい。
FIG. 12 illustrates another embodiment of a
2つのトランスデューサ1210、1220の後部基板1240が互いに直接接続されていないことに留意すべきである。むしろ、後部基板1240は、可撓性のポリマ層1250により接続され、よって、トランスデューサアレイ1200に柔軟性を供給し、所望の形状へ作られることになる。
It should be noted that the
図8Aに示されるトランスデューサ800のような非可撓性のアレイ用に構成されるトランスデューサと比較して、トランスデューサ1210、1220が、より薄い後部基板1240を持つことに留意されたい。膜1230、圧電層1222及び電極1242のようなトランスデューサ素子は、例えば、薄くされたSi基板である薄い後部基板1240にマウントされる。後部基板1240の低減された厚さ及びトランスデューサ1210、1220の基板1240間の分離すなわちギャップ1260は、アレイ1200の柔軟性を改善する。
Note that
Si基板1240において、分離されたバイア穴1270が、電源及びグランドを含むさまざまな素子とトランスデューサ1210、1220との相互接続のために形成される。受動及び能動素子、回路等のような必要なさまざまな素子は、後部基板1240内で、又は可撓性のフォイル1250内若しくは上で処理でき、信号及びグランド接続のため複数のレベルの相互接続を有する。可撓性のデバイスを実現するために、さまざまなトランスデューサ1210、1220間の膜1230が分離される。可撓性の超音波トランスデューサの代わりに、又はそれに加えて、可撓性の焦電薄膜センサが形成されてもよい。上記の種々異なる技術すべてが可撓性の超音波トランスデューサ及び焦電センサのアレイの組合せを実現するために用いられてもよいことに留意されたい。
In the
図12も、図8Aに関連して説明されたような支持マウント822、824を示し、ここで、支持マウント822、824は圧電性の領域622の上に形成され、図6に関連して示されて説明される2つの金属層630、635と同様だけでなく、例えば図8Aに関連して説明されるものと同様に2つの金属層870、860を含む。もちろん、例えば、図6に関連して示され説明される追加の金属層650のような他の金属層も、支持マウント822、824に含まれてもよい。
FIG. 12 also shows support mounts 822, 824 as described in connection with FIG. 8A, where support mounts 822, 824 are formed over
図12に示される膜1230が、図8Aに関連して示され説明されるように、前部又は下部の基板(図6の点線615により示されるように、後で取り除かれる)の上に形成されるシリコン窒化物層847、及びシリコン窒化物層847の上に形成されるシリコン酸化物層850、又はシリコン窒化物層及びシリコン酸化物層の組合せのようなさまざまな層を含んでもよいことに留意されたい。もちろん、酸化物、窒化物、酸化物のスタック又は酸化物及び窒化物のスタックを有する膜層の他の組合せが使用されてもよい。
A
上記可撓性のトランスデューサの他の実施例では、例えば50μmの薄いSi基板である非常に薄い後部基板1240に誘電層及び相互接続がマウントされてもよい。この非常に薄い基板1240は、可撓性の基板として作用するので、追加の可撓性の層1250が必要とされない。
In other embodiments of the flexible transducer, the dielectric layers and interconnects may be mounted on a very
他の実施例は、少なくとも一つの薄膜焦電センサ及び/又は赤外線(IR)を検出するための焦電センサのアレイを伴った、少なくとも一つの圧電薄膜超音波トランスデューサ及び/又は圧電トランスデューサのアレイの組合せを含み、これは動き検出及び/又は存在検出のためのようなさまざまなアプリケーションを持つ。超音波及び焦電トランスデューサ両方は、同様のプロセスを用いて薄膜として形成され、同時に、又は並行して一緒に形成されてもよい。圧電材料が、超音波及びIR信号の生成/伝送及び受信/検出のために用いられる。もちろん、また、異なる圧電及び焦電材料が適用されてもよい。以下の図は、複合の薄膜超音波及び焦電検出器の異なる例示的な実施例を示す。 Another embodiment provides for an array of at least one piezoelectric thin film ultrasonic transducer and / or piezoelectric transducer with at least one thin film pyroelectric sensor and / or an array of pyroelectric sensors for detecting infrared (IR). Includes combinations, which have various applications such as for motion detection and / or presence detection. Both ultrasonic and pyroelectric transducers are formed as thin films using a similar process and may be formed together at the same time or in parallel. Piezoelectric materials are used for the generation / transmission and reception / detection of ultrasound and IR signals. Of course, different piezoelectric and pyroelectric materials may also be applied. The following figures show different exemplary embodiments of composite thin film ultrasound and pyroelectric detectors.
図13Aは、超音波トランスデューサ1310及び焦電トランスデューサ1320の組合せを含むアレイ1300を示す。もちろん、アレイに配列される代わりに、複合の超音波及び焦電トランスデューサは、スタンドアローン検出器でもよいし、又は何れかの所望の構成において他の検出器と使用されてもよい。単一の素子として、又は素子のアレイとして、超音波及び/又は焦電トランスデューサは、例えばシリコン窒化物、シリコン酸化物又はシリコン窒化物及び酸化物の組合せである膜1330の上部で処理される。図13Aは、図8A及び図12に関連して説明もされているように、シリコン窒化物層847の上に形成されるシリコン酸化物層850を示す。もちろん、この実施例及び他の実施例において、Siのような他の膜材料又はSi及びシリコン酸化物(例えば、SiO2)の膜スタックの組合せが用いられてもよい。シリコン酸化窒化物層の効果は、低い比熱及び低い熱伝導率であり、このことは焦電デバイスの熱時定数を増大させ、このとき、温度増大デルタTはその背景値にまで緩和する。
FIG. 13A shows an
焦電検出器1320の隣の薄膜超音波トランスデューサ1310との統合は、異なるバージョンにおいても行われる。例えば、後部基板1340は、図13Aに示されるようにトランスデューサの一部にマウントされるだけでもよい。一体型の超音波トランスデューサ1310及び焦電検出器1320を有する大きな膜を機械的に安定させる目的を持つ代替技術において、マウントされた後部基板1340は、図13Bに示されるように焦電検出器1320もカバーし、ここで、一体型の超音波トランスデューサ1310及び焦電検出器1320両方は後部基板1340でカバーされる。代わりに、又は、加えて、一体型の超音波トランスデューサ1310及び焦電検出器1320の大きな膜を安定させるために、膜1330(例えば、シリコン窒化物膜)の下のSi基板210'は、図13Cに示されるように超音波トランスデューサ1310と焦電検出器1320との間の領域に部分的に残ったままでもよい。もちろん、所望の数の超音波トランスデューサ1310及び焦電検出器1320が一緒に集積されてもよく、ここで、図13A―13Cは、参照符号A及びBとして示される2つの焦電検出器1320の次に2つの超音波トランスデューサ1310を示す。
Integration with the thin film
図13Aに示されるこの例において、ドープされていないか又はLa若しくはMnドープされたチタン酸鉛ジルコン酸塩である圧電層1322が、膜1330の上部で処理される。膜1330と圧電層1322との間に、図2Aの参照符号230及び図6の参照符号617として示される障壁層と同様に、障壁層1317が適用され、これは例えば酸化チタン又は酸化ジルコニウム(例えば、TiO2又はZrO2)である。
In this example shown in FIG. 13A, a
この圧電層1322は、また、超音波トランスデューサ1310の次に形成されて処理される焦電検出器1320の焦電センサ材料として役立つ。自由な膜1330上の他の素子(例えば、他のトランスデューサ)から分離される焦電検出器1320を持つ効果は、素子が熱的に隔離されることである。熱的に隔離された焦電検出器1320を持つことは、基板を通じた熱伝導のための温度減少を防止する。圧電性又は焦電性層1322は、1―6μmの典型的な厚さを持つ。圧電性/焦電性層1322は、超音波及び焦電デバイス又は素子1310、1320の間だけでなく、アレイ1300の超音波トランスデューサ素子1310の間のクロストークを防止するようにパターニングされる。
This
ほぼ50ナノメートルの厚さを持つチタン(Ti)及びほぼ1μmの金(Au)である一番上の電極1342が、(図12の電極1242及び/又は図8Aに示されるインターデジタル電極840、845と同様に)付与される。しかしながら、IR放射線の最適吸収を供給するニッケル/クロミウム(Ni/Cr)電極のような他の物質も、電極として用いられてもよい。電極1342は、超音波トランスデューサ1310用の電極、更には焦電検出器デバイス1320用の電極を作るためにパターニングされる。あるいは、超音波トランスデューサ1310用の電極は基板ダイの超音波結合のための最適電極を持つためにTi/Auから作られ、IRセンサ1320用の電極はNi/Crから形成されてもよい。このNi/Crは、超音波トランスデューサのより厚めの金属のための付着層として使われる同一の層でもよい。
The
各焦電素子1320は、図13Aの参照符号1342として示される図2Bのような嵌合した一番上の電極を持つ。最も高い感度のため、これらは、2つのセンサを形成する。一方のセンサは赤外線により例えば、レンズを介して照射されるが、第2のセンサは照射されない。差動信号は赤外線の何らかの変化を示す一方で、周囲温度の遅い変化が相殺される。SN比を含む、信号を最適化するための最適な光学システムとして、フレネルレンズのような光学システムが含まれてもよい。焦電又は圧電材料1322は、例えば180°Cのような高い温度でDC(直流)電界を付与することにより分極される。この1つの焦電素子1320にフォーカスすると、IR放射のため1つの焦電素子1320の温度の増大が、動き検出のために使われる。焦電素子1320の温度の変化は、焦電素子1320の分極の変化となり、よって、表面の電荷の開放ともなる。これらの電荷は、動き(すなわち、温度の変化)を示す前置増幅器により読み出される電圧を引き起こす。
Each
良く知られているように、レンズ1380は、IR放射線1385を受けるために、焦電素子1320の膜1330の前に供給される。レンズ1380は、熱伝導を低減するために膜1330から隔離され、所望の方向からIR放射線1385を受けるために指向的に構成される。超音波トランスデューサ1310により伝送され、又は受信される超音波は、図13Aで矢印1387として示される。
As is well known, a
所望の動作のために、異なるデザインが可能である。一つのバージョンにおいて、2つの焦電素子は、直列に設計されて、逆向きの極性を持つ。斯様な二重素子レイアウトは、同時に両方の素子を加熱して、背景温度の変化を補償するために用いられる。図13B、13Cに示される二重素子デザインの他に、4つの素子のような、又はそれ以上の素子のような所望の数の焦電素子を用いた他のデザインが使われてもよい。 Different designs are possible for the desired operation. In one version, the two pyroelectric elements are designed in series and have opposite polarities. Such a dual element layout is used to heat both elements simultaneously to compensate for changes in background temperature. In addition to the dual element design shown in FIGS. 13B and 13C, other designs with a desired number of pyroelectric elements such as four elements or more may be used.
他のデバイス、回路及び電子部品が、基板1340に一体化されて供給されてもよい。FET(電界効果型トランジスタ)1390でもよい増幅器のような電子部品が、ボード1395に別々にマウントされ、超音波トランスデューサ及び焦電センサを有するデバイスにワイヤ結合されてもよい。1つの例が、図13Aに示される。また、システムの他のスタックが形成されてもよい。例えば、別の実施例が図13Bに示され、ここで、基板1340は、超音波トランスデューサ/アレイ上にマウントされ、更に延在して、焦電センサ/アレイを保護するために用いられる。もちろん、他の所望のスタックが形成されてもよい。図13Cにおいて、他の実施例は、膜の下で、前部基板210'が、圧電超音波トランスデューサ又はトランスデューサアレイと、焦電センサ又はセンサアレイとの間に支持210''を形成するように、除去される。
Other devices, circuits, and electronic components may be supplied integrated with the
したがって、検出器のアレイは、超音波検出器のみ、IR検出器のみ、又は所望の数の検出器若しくは検出器の組合せを使用する超音波及びIR検出器の組合せを含んでもよく、ここで、所望の数の赤外線素子が、超音波及び赤外線の伝送、検出、イメージングのために使われる結合されたアレイを形成するため超音波素子の次に形成される。斯様な複合の超音波及びIRトランスデューサは薄膜処理により形成され、ここで電極は、例えば図2A〜8Dに関連したように以前説明されたのと同様に、圧電材料の同じ側又は両側にある。 Thus, an array of detectors may include a combination of ultrasound and IR detectors using an ultrasonic detector only, an IR detector only, or a desired number of detectors or combinations of detectors, where A desired number of infrared elements are formed next to the ultrasonic elements to form a combined array used for ultrasonic and infrared transmission, detection, and imaging. Such composite ultrasonic and IR transducers are formed by thin film processing, where the electrodes are on the same side or both sides of the piezoelectric material, as previously described, eg, as described in connection with FIGS. .
図14Aに示されるアレイ1400の他の実施例において、増幅器1390のような回路は、パッケージソリューションのシステムを達成するために、担体又は前部基板210'上のトランスデューサ及び焦電素子1310、1320の隣のフリップチップマウント又はワイヤボンディング1495によりマウントされる。概してSi担体であるこの担体210'は、例えば抵抗のような他の素子、機能及びデバイスも有する。担体又は前部Si基板210'が図2A、2Cに示される前部基板210と同様であることに留意されたい。このようにして、図14Aに示されるように、大幅に小型化された薄型超音波検出器アレイ及び焦電検出器アレイが達成できる。図13Bと同様に、図14Bに示されるように、後部基板1340は、延在されて焦電センサを保護するためにも用いられる。あるいは、図14Cに示されるように、デバイスを支持するために、前部基板210'は、図13Cに関連して説明されたのと同様に、圧電超音波トランスデューサと焦電センサとを隔離する支持210''を形成するようにパターニングされる。
In another embodiment of the
図15に示されるトランスデューサアレイ1500の他の別の実施例において、図2A、2Cに示される前部基板210と同様に、例えばFETである増幅器のような回路構成を前部Si基板210'へ統合することにより、更なる小型化さえ達成される。これは、図14Aと関連して説明されたように、スタンドアローンの、又はフリップチップマウント若しくはワイヤボンディング1495などの手段によりトランスデューサに接続されるか又はマウントされる、統合されていない増幅器を持つこととは対照的である。図2A、2Cに関連して説明されてもいるように、前部基板210、210'は、超音波トランスデューサ及び/又は焦電トランスデューサを実現するため各種層を担体上に形成しパターニングするための担体として用いられる。説明されているように、前部基板の部分が(例えば、図2A、2Cに示される開口部260を形成するために)除去され、よって、基板210、210'を残す。前部Si基板210'に一体化されるFETと電極1342との間のように、相互接続1515が必要に応じて供給される。
In another alternative embodiment of the
あるいは、図13B及び14Bに関連して説明されたのと同様に、後部基板1340は、圧電トランスデューサ上の取付けの用途にだけ使われるだけでなく、図15Bに示されるように、焦電センサの上に延在されて焦電センサを保護もするためにも用いられる。更に、図15Cに示されるように、前部基板210'は、図13C及び14Cに示されるのと同様に、圧電超音波トランスデューサと焦電センサとを離隔するような態様でパターニングされる。
Alternatively, as described in connection with FIGS. 13B and 14B, the
圧電層の一方の側(d33モードと呼ばれる)上の電極を示すさまざまな実施形態の上記説明は、図5及び図8B―8Cに関連して示され説明されるように、電極が圧電層の対向し合う側にあるd31モードで動作する実施例に等しく適用できることが理解されるべきである。 The above description of various embodiments showing electrodes on one side of the piezoelectric layer (referred to as the d33 mode) is shown and described in connection with FIGS. 5 and 8B-8C, where the electrodes are of the piezoelectric layer. It should be understood that it is equally applicable to embodiments operating in d31 mode on opposite sides.
例えば、図16に示されるトランスデューサアレイ1600の実施例において、超音波トランスデューサ1610は、(例えば、d33モードで動作する図12―15に示される前述の実施例とは対照的に)d31モードで動作する。d31モードにおいて、圧電層を作用させる電極は、圧電フィルムの対向し合う側に設計される。この設計は、トランスデューサが低電圧で動作できるという効果を持つ。超音波トランスデューサ1610は、図2C、図5及び図8B―8Cに関連して説明されたような、前述のものと同様に形成される。
For example, in the
圧電性の領域1621の両側上に電極を持つ超音波トランスデューサ1610に加えて、図16Aに示されるアレイ1600の他の実施例においては、焦電検出器素子1620は、焦電層1622の対向し合う側に電極を持つプレート・キャパシタとしても処理される。焦電IRトランスデューサ1620は、全前部基板210'上に担持される膜1330の上に第1の又は前部電極1642を形成することにより実現される(すなわち、図2C、図5及び図8B、8Cに関連して前述したのと同様に、膜1330を露出させるため基板210'の部分を除去する前に)。次に、焦電圧電層1622が前部電極1642の上に形成され、第2の又は後部電極1644は圧電層1622の上に形成され、所望ならばパターニングされる。前部基板210'の部分は次に膜1330を露出させるためなどのために所望により除去され、膜1330の部分は前部電極1642を露出させるため所望により除去され、前部電極1642は所望によりパターニングされる。次に、レンズ1380は、レンズが熱的に隔離される前部電極1642の部分に設けられる。
In addition to the
焦電/圧電性の領域及び層1621、1622は、100―300°C(例えば、180°C)のような高い温度でDC電界を付与することにより分極化される。焦電/圧電層1621、1622の分極は、層1621、1622に対して垂直である。互いに反対の分極を持つ2つ以上の焦電素子が直列に設計されてもよい。赤外線からの温度変化のため前記素子の分極の変化は、前部シリコン基板210'に集積されるか又は他の所望の電子部品及び回路とともにトランスデューサにマウント/接続されるFETである前置増幅器で読み出される。すなわち、FETを含む電子回路は、別々のプリント回路基板(PCB)に実現され、及び/又は、例えば、Si担体210'上のワイヤボンディング又はフリップ・チップ・マウンティングによりマウントされる。図16Bに示されるように、図16Aの変形例において、電極及び焦電層の下の膜は除去されなくてもよい。
The pyroelectric / piezoelectric regions and
さまざまな図に示されるIR検出器のレンズ1380が、フレネルレンズと同様の異なる曲率及び異なる厚みのような異なる特性のセグメント、ここで、各セグメントが特定の領域又はゾーンからIR放射線を受けるように構成される当該セグメントに典型的に分割されることに留意されたい。セグメントの数及びタイプは、カバー領域に基づいて変化し、ここで概して、より広いカバー領域がより高い数のセグメントを必要とする。IR放射線に対して監視されるカバーエリアのサイズに依存して、IR検出器で使用される典型的なレンズは、7―14個のセグメントを含む。斯様なレンズは、比較的高価で、セグメントの数を増大するにつれてコストが増大する。
The
多くのセグメントを持つ高価なレンズを持つ代わりに、薄膜センサのアレイは、低減されたセグメント又はセグメントを持たないが依然広いカバー領域を持つレンズを持って使用される。このように、薄膜トランスデューサのアレイを使用することは、レンズを設計することを容易にしてレンズの厚さを減らし、よって、コストを下げるだけでなくコンパクトなデバイスを供給する。例えば、天井アプリケーション用のIR動き/存在センサは、4つの素子又はセンサ(四分円デバイス)と、14個のセグメントを持つレンズとを持ち、14の4倍、すなわち56個の検出領域を供給する。代わりに、IR焦電センサは14個の素子又はセンサを含み、レンズは4つのセグメントだけを持つが、依然同じ数の検出区域、すなわち4の14倍、すなわち56個の検出領域を持つ。 Instead of having an expensive lens with many segments, an array of thin film sensors is used with lenses that do not have reduced segments or segments but still have a large coverage area. Thus, using an array of thin film transducers makes it easier to design the lens and reduces the thickness of the lens, thus reducing the cost as well as providing a compact device. For example, an IR motion / presence sensor for ceiling applications has four elements or sensors (quadrant device) and a lens with 14 segments, providing four times 14 or 56 detection areas. To do. Instead, the IR pyroelectric sensor includes 14 elements or sensors and the lens has only 4 segments, but still has the same number of detection areas, ie 14 times 4 or 56 detection areas.
図17A〜17Cに示される他の例において、d33又はd31モードで動作する超音波トランスデューサ1310は、専用の組成物を持つ圧電薄膜層を使用し、焦電検出器1320は、超音波トランスデューサ1310の圧電薄膜層の組成物とは異なる特別な組成物を持つ他の専用の層を使用している。図17A〜17Cに示される一体型の超音波及び焦電/赤外線(IR)デバイスのこれらの実施例において、一体型の超音波トランスデューサ1310は、Laがドープされたチタン酸鉛ジルコン酸塩を持つ専用の圧電組成物を持ち、一体型のIR検出器1320は、La、Mnがドープされたチタン酸鉛ジルコン酸塩の専用の焦電組成物を持つ。
In other examples shown in FIGS. 17A-17C, the
1つの例示又は実施例が、図17Aにおいて与えられる。この実施例は、図13Aと同様の焦電センサのアレイ、超音波トランスデューサ及び焦電センサのアレイ、又は超音波トランスデューサのシステムを示す。圧電超音波トランスデューサは、この例ではd33モードで動作している。例えばシリコン窒化物及びシリコン酸化物又は何らかの他の膜スタックである膜1330の部分の上部で、圧電層1322、例えばランタン(La)がドープされたチタン酸鉛ジルコン酸塩層が堆積され、パターニングされるので、これは超音波トランスデューサが機能している領域にだけ位置される。焦電センサ又はセンサのアレイが位置される膜1330の他の部分に、焦電薄膜層1722は当該膜1330の上部に堆積される。焦電薄膜層は、例えば、ランタン及びマンガン(Mn)がドープされたチタン酸鉛ジルコン酸塩層である。
One illustration or example is given in FIG. 17A. This example shows an array of pyroelectric sensors, an array of ultrasonic transducers and pyroelectric sensors, or a system of ultrasonic transducers similar to FIG. 13A. The piezoelectric ultrasonic transducer is operating in the d33 mode in this example. A
図17B及び図17Cは、図13A〜13Cと同様に、マウントされた後部基板1340が図17Bに示されるように超音波トランスデューサ及び焦電センサをカバーするために延在している図17Aの変更実施態様を示す。図17Cにおいて、専用の圧電薄膜物質を持つ超音波トランスデューサ領域は、図13C、14C及び15Cに関連して説明されたのと同様に、前部基板210'をパターニングすることにより、焦電センサ領域から離隔される。
FIGS. 17B and 17C are similar to FIGS. 13A-13C with the modification of FIG. 17A where the mounted
最後に、上述の説明は、本システムの単なる例示を意図するものであり、何れの特定の実施例の又は実施例のグループに請求の範囲を制限するものと解釈されてはならない。したがって、本システムがその特定の例示的実施形態に関して特に詳細に説明されたが、多数の変更実施態様及び別の実施例が、以下の請求項にて述べられたような本システムの広く意図された趣旨及び範囲を逸脱することなく、当業者により考案されることも理解されるべきである。従って、明細書及び図面は、例示的態様とみなされ、添付の請求の範囲を制限することを意図していない。 Finally, the above description is intended to be merely illustrative of the present system and should not be construed to limit the claims to any particular embodiment or group of embodiments. Thus, although the system has been described in particular detail with respect to that particular exemplary embodiment, numerous modifications and alternative embodiments are widely contemplated for the system as set forth in the following claims. It should also be understood that those skilled in the art can devise without departing from the spirit and scope. The specification and drawings are accordingly to be regarded in an illustrative manner and are not intended to limit the scope of the appended claims.
添付の請求の範囲を解釈する際、
a)「有する」という語は、所与の請求項にリストされるもの以外の他の素子又はステップの存在を除外しない、
b)素子の前の「a」又は、「an」は、斯様な素子の複数の存在を除外しない、
c)請求項内の参照符号は、請求項の範囲を制限しない、
d)いくつかの「手段」は、同じ若しくは異なる品目又はハードウェア若しくはソフトウェアで実行される構造体又は機能により表わされてもよい、
e)開示された素子は、ハードウェア部分(例えば、ディスクリート及び集積化された電子部品回路を含む)、ソフトウェア部分(例えば、コンピュータ・プログラミング)及びこれらの何れの組み合わせを有してもよい、
f)ハードウェア部分は、アナログ及びデジタル部分の一方又は両方を有してもよい、
g)他に特に述べられない限り、開示されたデバイス又はその一部分が結合され又は他の部分に分離されてもよい、
h)特に示されない限り、行為又はステップの特定のシーケンスが必要とされるという意図はない、
i)用語「複数の」素子は2つ以上の請求項の素子を含み、素子の数の何れかの特定の範囲を意味しない、すなわち、複数の素子は、わずか2つの素子でもよく、限りない数の素子を含んでもよい、ということは理解されるべきである。
以下に本願の更なる特徴を列挙する。
特徴1
力に応じて形状を変えるように構成される膜と、前記膜の上に形成される圧電層及び前記圧電層の能動部分の上に少なくとも2つの電極を持つ少なくとも2つの薄膜トランスデューサ素子と、可撓性フォイルとを有し、前記少なくとも2つの薄膜トランスデューサ素子が、前記圧電層の周囲の側で前記能動部分の隣接する側に位置される第1及び第2の支持部により、トランスデューサアレイの第1の側で前記可撓性フォイルに取り付けられる、トランスデューサアレイ。
特徴2
前記トランスデューサ素子の第2の側に他の可撓性フォイルを更に有し、前記可撓性フォイル及び前記他の可撓性フォイルが前記トランスデューサアレイの第1の側及び第2の側を実質的にカバーする、特徴1に記載のトランスデューサアレイ。
特徴3
前記可撓性フォイルが前記トランスデューサ素子の半導体基板に取り付けられ、前記半導体基板が低減された厚さを持って、前記半導体基板が前記トランスデューサ素子と他の素子との接続のための少なくとも一つの分離したバイア穴を含む、特徴1に記載のトランスデューサアレイ。
特徴4
前記少なくとも2つの薄膜トランスデューサ素子が薄膜超音波トランスデューサ素子及び薄膜焦電トランスデューサ素子を含む、請求項1に記載のトランスデューサアレイ。
特徴5
第1の支持部と第2の支持部との間に位置される基板を更に有する、特徴1に記載のトランスデューサアレイ。
特徴6
前記圧電層とは反対側の前記膜の側に、前記少なくとも2つの薄膜トランスデューサ素子の間に位置される支持部を更に有する、特徴1に記載のトランスデューサアレイ。
特徴7
前記少なくとも2つの薄膜トランスデューサ素子が薄膜超音波トランスデューサ素子及び薄膜焦電トランスデューサ素子を含み、前記トランスデューサアレイが、前記圧電層とは反対側の前記膜の側に、少なくとも前記薄膜トランスデューサ素子と前記薄膜焦電素子との間に位置される支持部を更に有する、特徴1に記載のトランスデューサアレイ。
特徴8
少なくとも2つの電極に挟まれた圧電層を持つ少なくとも2つの薄膜トランスデューサ素子と、可撓性フォイルとを有し、前記少なくとも2つの薄膜トランスデューサ素子は、トランスデューサアレイの第1の側に前記可撓性フォイルが取り付けられ、前記可撓性フォイルの動きを強化し、前記トランスデューサアレイの形状作りを可能にするためにギャップにより分離されている、トランスデューサアレイ。
特徴9
圧電層を備える少なくとも2つの薄膜トランスデューサ素子を持つトランスデューサアレイと、焦電層を備える少なくとも2つの薄膜焦電検出器を持つ焦電アレイと、少なくとも2つの電極とを有し、前記圧電層及び前記焦電層が前記少なくとも2つの電極の間に挟まれている、デバイス。
特徴10
可撓性フォイルを更に有し、前記トランスデューサアレイ及び前記焦電アレイに、前記可撓性フォイルが取り付けられる、特徴9に記載のデバイス。
特徴11
前記トランスデューサアレイ及び前記焦電アレイが前記可撓性フォイルの一部をさらして離隔され、可撓性が増大されている、特徴10に記載のデバイス。
When interpreting the appended claims,
a) the word “comprising” does not exclude the presence of other elements or steps than those listed in a given claim;
b) “a” or “an” in front of an element does not exclude the presence of a plurality of such elements;
c) any reference signs in the claims do not limit the scope of the claims;
d) several “means” may be represented by structures or functions performed on the same or different items or hardware or software;
e) The disclosed elements may have hardware parts (eg, including discrete and integrated electronic component circuits), software parts (eg, computer programming), and any combination thereof.
f) The hardware part may have one or both of analog and digital parts,
g) unless otherwise stated, the disclosed device or part thereof may be combined or separated into other parts;
h) unless otherwise indicated, there is no intention that a specific sequence of actions or steps is required,
i) The term “a plurality” of elements includes two or more claimed elements and does not imply any particular range of the number of elements, ie, a plurality of elements may be as few as two elements, without limitation It should be understood that a number of elements may be included.
Further features of the present application are listed below.
Feature 1
A membrane configured to change shape in response to a force, a piezoelectric layer formed on the membrane, and at least two thin film transducer elements having at least two electrodes on an active portion of the piezoelectric layer; A flexible foil, wherein the at least two thin film transducer elements are first and second supports located on the peripheral side of the piezoelectric layer and on adjacent sides of the active portion, so that the first of the transducer array. A transducer array attached to the flexible foil on one side.
Feature 2
Further comprising another flexible foil on the second side of the transducer element, wherein the flexible foil and the other flexible foil substantially define the first side and the second side of the transducer array. The transducer array according to feature 1, wherein
The flexible foil is attached to a semiconductor substrate of the transducer element, the semiconductor substrate having a reduced thickness, and the semiconductor substrate is at least one isolation for connecting the transducer element to another element The transducer array of feature 1, comprising a via hole formed.
Feature 4
The transducer array of claim 1, wherein the at least two thin film transducer elements include a thin film ultrasonic transducer element and a thin film pyroelectric transducer element.
Feature 5
The transducer array according to Feature 1, further comprising a substrate positioned between the first support and the second support.
Feature 6
The transducer array according to claim 1, further comprising a support portion positioned between the at least two thin film transducer elements on the side of the film opposite to the piezoelectric layer.
Feature 7
The at least two thin film transducer elements include a thin film ultrasonic transducer element and a thin film pyroelectric transducer element, and the transducer array is disposed on the side of the film opposite to the piezoelectric layer, at least the thin film transducer element and the thin film pyroelectric element. The transducer array according to Feature 1, further comprising a support portion positioned between the electrical elements.
At least two thin film transducer elements having a piezoelectric layer sandwiched between at least two electrodes, and a flexible foil, the at least two thin film transducer elements on the first side of the transducer array A transducer array to which foils are attached and separated by gaps to enhance movement of the flexible foil and allow shaping of the transducer array.
Feature 9
A transducer array having at least two thin film transducer elements comprising a piezoelectric layer, a pyroelectric array having at least two thin film pyroelectric detectors comprising a pyroelectric layer, and at least two electrodes, the piezoelectric layer and the A device, wherein a pyroelectric layer is sandwiched between the at least two electrodes.
Feature 10
The device of claim 9, further comprising a flexible foil, wherein the flexible foil is attached to the transducer array and the pyroelectric array.
Feature 11
The device of claim 10, wherein the transducer array and the pyroelectric array are spaced apart by exposing a portion of the flexible foil to increase flexibility.
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---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (8)
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---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20210296565A1 (en) * | 2019-05-03 | 2021-09-23 | May Sun Technology Co., Ltd. | Pseudo-piezoelectric d33 device and electronic device using the same |
Families Citing this family (59)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8855554B2 (en) * | 2008-03-05 | 2014-10-07 | Qualcomm Incorporated | Packaging and details of a wireless power device |
GB0901022D0 (en) | 2009-01-21 | 2009-03-04 | Sec Dep For Innovation Univers | System for measuring a property and ultrasound receiver therefor |
US8497658B2 (en) | 2009-01-22 | 2013-07-30 | Qualcomm Incorporated | Adaptive power control for wireless charging of devices |
KR101573518B1 (en) | 2009-09-16 | 2015-12-01 | 삼성전자주식회사 | Ultrasonic transducer and fabricating method thereof |
EP2598255A2 (en) * | 2010-07-30 | 2013-06-05 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Thin film ultrasound transducer |
CN102736756A (en) * | 2011-03-31 | 2012-10-17 | 汉王科技股份有限公司 | Piezoelectric transducer and assembling method of same |
US20120268604A1 (en) * | 2011-04-25 | 2012-10-25 | Evan Tree | Dummy security device that mimics an active security device |
JP5711096B2 (en) * | 2011-10-24 | 2015-04-30 | モレックス インコーポレイテドMolex Incorporated | connector |
WO2013084152A1 (en) | 2011-12-07 | 2013-06-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Adaptable thin film ultrasound array for presence detection |
US20130277305A1 (en) * | 2012-04-19 | 2013-10-24 | Lockheed Martin Corporation | Selectively perforated graphene membranes for compound harvest, capture and retention |
US8767512B2 (en) | 2012-05-01 | 2014-07-01 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Multi-frequency ultra wide bandwidth transducer |
US9061320B2 (en) | 2012-05-01 | 2015-06-23 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Ultra wide bandwidth piezoelectric transducer arrays |
US9454954B2 (en) | 2012-05-01 | 2016-09-27 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Ultra wide bandwidth transducer with dual electrode |
US20130305520A1 (en) * | 2012-05-20 | 2013-11-21 | Trevor Graham Niblock | Batch Manufacturing Meso Devices on flexible substrates |
US9511393B2 (en) * | 2012-08-17 | 2016-12-06 | The Boeing Company | Flexible ultrasound inspection system |
KR101909131B1 (en) | 2012-09-11 | 2018-12-18 | 삼성전자주식회사 | Ultrasonic transducer and method of manufacturig the same |
TW201415794A (en) * | 2012-10-09 | 2014-04-16 | Issc Technologies Corp | A switchable filtering circuit and the operation method using the same |
US9660170B2 (en) * | 2012-10-26 | 2017-05-23 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Micromachined ultrasonic transducer arrays with multiple harmonic modes |
KR102130372B1 (en) * | 2013-02-02 | 2020-07-06 | 나우라 아크리온 인코포레이티드 | System for processing substrates using acoustic energy |
CN105074050B (en) * | 2013-03-14 | 2019-02-15 | 瑞蔻医药有限公司 | The method for being plated or coated with ultrasonic transducer |
US10018510B2 (en) * | 2013-04-22 | 2018-07-10 | Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd. | Motion and presence detector |
CN103245634B (en) * | 2013-05-16 | 2015-03-18 | 江苏物联网研究发展中心 | Miniature single-chip integrated infrared gas sensor |
DE102013105557B4 (en) * | 2013-05-29 | 2015-06-11 | Michael Förg | Piezoelectric actuator |
US9798372B2 (en) * | 2013-06-03 | 2017-10-24 | Qualcomm Incorporated | Devices and methods of sensing combined ultrasonic and infrared signal |
US20140355387A1 (en) * | 2013-06-03 | 2014-12-04 | Qualcomm Incorporated | Ultrasonic receiver with coated piezoelectric layer |
US10036734B2 (en) | 2013-06-03 | 2018-07-31 | Snaptrack, Inc. | Ultrasonic sensor with bonded piezoelectric layer |
CN103479382B (en) * | 2013-08-29 | 2015-09-30 | 无锡慧思顿科技有限公司 | A kind of sound transducer, based on the elctrocolonogram system of sound transducer and detection method |
JP6442821B2 (en) * | 2013-09-30 | 2018-12-26 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic device and electronic equipment |
EP3061045A4 (en) * | 2013-10-24 | 2017-05-31 | Redwood Systems, Inc. | Overhead-mounted infrared sensor array based hoteling systems and related methods |
JP2015097733A (en) | 2013-11-20 | 2015-05-28 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasound device and method of producing the same and electronic apparatus and ultrasonic image device |
DE202014103874U1 (en) * | 2014-08-21 | 2015-11-25 | Grass Gmbh | Furniture with sensor device |
JP6402983B2 (en) | 2014-08-29 | 2018-10-10 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic device, method for manufacturing ultrasonic device, ultrasonic probe, ultrasonic measuring device, electronic equipment |
JP2016181841A (en) * | 2015-03-24 | 2016-10-13 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic sensor and method for driving the same |
KR102610102B1 (en) * | 2015-03-25 | 2023-12-05 | 세미텍 가부시키가이샤 | Infrared temperature sensor and devices using infrared temperature sensor |
US10732053B2 (en) * | 2015-05-13 | 2020-08-04 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University | Apparatus for measuring temperature of power device using piezoelectric device, apparatus for reducing thermal stress, and method for manufacturing the same |
DE102015113561A1 (en) * | 2015-08-17 | 2017-02-23 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Ultrasonic transducers for use in ultrasonic flowmeters for measuring the flow rate or volume flow of media in a pipeline, and a method of making such an ultrasonic transducer |
DE102015122417A1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-06-22 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Ultrasonic sensor device with an at least partially flexible printed circuit board, ultrasonic sensor assembly and motor vehicle |
FR3047797B1 (en) * | 2016-02-15 | 2018-02-09 | Thermor Pacific | METHOD FOR CONTROLLING A HEATING APPARATUS COMPRISING AT LEAST ONE CO2 SENSOR AND AT LEAST ONE ABSENCE / PRESENCE DETECTOR AND HEATING APPARATUS THEREFOR |
RU2626080C1 (en) * | 2016-03-23 | 2017-07-21 | Открытое акционерное общество "Фомос - Материалс" | Method of industrial production of precision piezoelectric sensing elements |
US10681777B2 (en) | 2016-04-01 | 2020-06-09 | Infineon Technologies Ag | Light emitter devices, optical filter structures and methods for forming light emitter devices and optical filter structures |
US10347814B2 (en) * | 2016-04-01 | 2019-07-09 | Infineon Technologies Ag | MEMS heater or emitter structure for fast heating and cooling cycles |
US10955599B2 (en) | 2016-04-01 | 2021-03-23 | Infineon Technologies Ag | Light emitter devices, photoacoustic gas sensors and methods for forming light emitter devices |
JP6724502B2 (en) | 2016-04-06 | 2020-07-15 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic device |
WO2017182416A1 (en) * | 2016-04-19 | 2017-10-26 | Koninklijke Philips N.V. | Ultrasound transducer positioning |
US11003884B2 (en) | 2016-06-16 | 2021-05-11 | Qualcomm Incorporated | Fingerprint sensor device and methods thereof |
KR102636735B1 (en) * | 2016-09-20 | 2024-02-15 | 삼성디스플레이 주식회사 | Display Device |
CN106646371B (en) * | 2016-09-29 | 2019-05-03 | 武汉工程大学 | A kind of underwater ultrasound source positioning system |
US10918356B2 (en) | 2016-11-22 | 2021-02-16 | General Electric Company | Ultrasound transducers having electrical traces on acoustic backing structures and methods of making the same |
US10957807B2 (en) * | 2017-04-19 | 2021-03-23 | The Board Of Trustees Of The University Of Alabama | PLZT thin film capacitors apparatus with enhanced photocurrent and power conversion efficiency and method thereof |
US10873020B2 (en) * | 2017-08-08 | 2020-12-22 | Texas Instruments Incorporated | Piezoelectric sensing apparatus and method |
CN107462192B (en) * | 2017-09-11 | 2023-06-23 | 重庆大学 | Acoustic surface wave high-temperature strain sensor chip based on SOI and piezoelectric film and preparation method thereof |
WO2019213448A1 (en) | 2018-05-03 | 2019-11-07 | Butterfly Network, Inc. | Vertical packaging for ultrasound-on-a-chip and related methods |
US11465177B2 (en) | 2018-05-21 | 2022-10-11 | Fujifilm Sonosite, Inc. | PMUT ultrasound transducer with damping layer |
JP2021529459A (en) | 2018-07-06 | 2021-10-28 | バタフライ ネットワーク,インコーポレイテッド | Methods and equipment for packaging ultrasonic on-chips |
EP3864388A1 (en) * | 2018-10-10 | 2021-08-18 | JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH | Piezoelectric sensor |
CN114585891A (en) * | 2020-09-28 | 2022-06-03 | 京东方科技集团股份有限公司 | Flexible sensor |
US11899143B2 (en) * | 2021-07-12 | 2024-02-13 | Robert Bosch Gmbh | Ultrasound sensor array for parking assist systems |
US20230008879A1 (en) * | 2021-07-12 | 2023-01-12 | Robert Bosch Gmbh | Ultrasound transducer including a combination of a bending and piston mode |
US20230009789A1 (en) * | 2021-07-12 | 2023-01-12 | Robert Bosch Gmbh | Ultrasound transducer with distributed cantilevers |
Family Cites Families (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1122245A (en) * | 1966-04-22 | 1968-07-31 | Marconi Co Ltd | Improvements in or relating to electro-mechanical resonators |
EP0145429B1 (en) | 1983-12-08 | 1992-02-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Curvilinear array of ultrasonic transducers |
JPS6361125A (en) * | 1986-09-01 | 1988-03-17 | Omron Tateisi Electronics Co | Pyroelectric sensor |
US4751419A (en) * | 1986-12-10 | 1988-06-14 | Nitto Incorporated | Piezoelectric oscillation assembly including several individual piezoelectric oscillation devices having a common oscillation plate member |
JP2545861B2 (en) | 1987-06-12 | 1996-10-23 | 富士通株式会社 | Ultrasonic probe manufacturing method |
SU1613855A1 (en) * | 1988-09-20 | 1990-12-15 | Пензенский Политехнический Институт | Ultrasonic transducer of parameters of motion |
GB8913450D0 (en) * | 1989-06-12 | 1989-08-02 | Philips Electronic Associated | Electrical device manufacture,particularly infrared detector arrays |
GB2236900A (en) * | 1989-09-13 | 1991-04-17 | Philips Electronic Associated | Thermal-radiation detectors with polymer film element(s) |
FR2656689A1 (en) * | 1989-12-29 | 1991-07-05 | Philips Electronique Lab | PYROELECTRIC SENSOR ELEMENT AND DEVICES FOR DETECTION OF THERMAL PHENOMENA. |
US5160870A (en) * | 1990-06-25 | 1992-11-03 | Carson Paul L | Ultrasonic image sensing array and method |
DE4218789A1 (en) | 1992-06-06 | 1993-12-09 | Philips Patentverwaltung | Microelectronic compatible pyroelectric detector - has first contact in radiation receiving area and further contact between pyroelectric layer and supporting silicon substrate, which is etched away below pyroelectric layer to form free-supporting layer. |
US5576589A (en) * | 1994-10-13 | 1996-11-19 | Kobe Steel Usa, Inc. | Diamond surface acoustic wave devices |
AU2595399A (en) * | 1998-02-09 | 1999-08-23 | Stephen Barone | Motion detectors and occupancy sensors based on displacement detection |
US6329739B1 (en) * | 1998-06-16 | 2001-12-11 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Surface-acoustic-wave device package and method for fabricating the same |
JP3868143B2 (en) * | 1999-04-06 | 2007-01-17 | 松下電器産業株式会社 | Piezoelectric thin film element, ink jet recording head using the same, and manufacturing method thereof |
US6323580B1 (en) * | 1999-04-28 | 2001-11-27 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Ferroic transducer |
US6327221B1 (en) * | 1999-09-20 | 2001-12-04 | Honeywell International Inc. | Steered beam ultrasonic sensor for object location and classification |
JP3700559B2 (en) * | 1999-12-16 | 2005-09-28 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric acoustic component and manufacturing method thereof |
US6515402B2 (en) * | 2001-01-24 | 2003-02-04 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Array of ultrasound transducers |
US6548937B1 (en) * | 2002-05-01 | 2003-04-15 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Array of membrane ultrasound transducers |
US6671230B1 (en) * | 2002-06-10 | 2003-12-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Piezoelectric volumetric array |
JP4229122B2 (en) * | 2003-05-26 | 2009-02-25 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric electronic component, manufacturing method thereof, and communication device |
EP1489740A3 (en) | 2003-06-18 | 2006-06-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electronic component and method for manufacturing the same |
JP2005033775A (en) * | 2003-06-18 | 2005-02-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electronic component and method for manufacturing the same |
RU35222U1 (en) * | 2003-09-04 | 2004-01-10 | Санкт-Петербургский государственный университет | MOTION INDICATOR |
US20060100522A1 (en) * | 2004-11-08 | 2006-05-11 | Scimed Life Systems, Inc. | Piezocomposite transducers |
JP5297576B2 (en) | 2005-03-28 | 2013-09-25 | セイコーエプソン株式会社 | Piezoelectric element, actuator device, liquid jet head, and liquid jet device |
JP5019020B2 (en) | 2005-03-31 | 2012-09-05 | セイコーエプソン株式会社 | Dielectric film manufacturing method, piezoelectric element manufacturing method, and liquid jet head manufacturing method |
EP1907133A4 (en) * | 2005-06-17 | 2012-05-09 | Kolo Technologies Inc | Micro-electro-mechanical transducer having an insulation extension |
JP4799059B2 (en) * | 2005-06-27 | 2011-10-19 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
JP2007019310A (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric device, method for manufacturing the same, and electronic device |
US7514851B2 (en) * | 2005-07-13 | 2009-04-07 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Curved capacitive membrane ultrasound transducer array |
JP2007074647A (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Toshiba Corp | Thin film piezoelectric resonator and method of manufacturing same |
JP4860351B2 (en) * | 2006-05-22 | 2012-01-25 | 富士フイルム株式会社 | Curved surface attaching method and ultrasonic probe |
JP4650383B2 (en) * | 2006-09-12 | 2011-03-16 | 株式会社デンソー | UV detector |
RU64408U1 (en) * | 2007-02-01 | 2007-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АЛКОН" | DEVICE FOR DETECTING MOVING OBJECTS |
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Cited By (2)
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US20210296565A1 (en) * | 2019-05-03 | 2021-09-23 | May Sun Technology Co., Ltd. | Pseudo-piezoelectric d33 device and electronic device using the same |
US11545612B2 (en) * | 2019-05-03 | 2023-01-03 | May Sun Technology Co., Ltd. | Pseudo-piezoelectric D33 device and electronic device using the same |
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